研究人員發現二維鐵電體光伏增強效應的物理機制 確定臨界厚度

記者從中國科學技術大學獲悉，該校曾華凌教授聯合研究組在室溫二維鐵電材料中觀察到了顯著增強的體光伏現象，并研究了該現象的維度過渡行為，確定了其臨界厚度，為理解空間反演對稱破缺體系中電極化主導的光電轉換機制提供了重要的實驗證據。相關研究成果于10月8日在線發表于國際學術期刊《自然·通訊》上。

傳統光伏器件的光電能量轉換效率存在理論上限，即所謂SQ極限。近年來的研究表明，在單一組分的晶體材料能在無外場及無空間不均勻性的條件下，自發地導致光生電子與空穴分離，從而產生光電流。此界面技術無關的光伏效應有望打破SQ極限，從而提高光伏器件的能量轉換效率。近期的理論研究指出，低維材料體系中存在的高電子態密度及能帶貝里相相關的移位電流是其中的關鍵。但是，關于體系維度和樣品厚度之間的關系，以及維度的過渡如何影響體光伏效應等，目前尚未有一個非常清楚的圖像。

鑒于此，曾華凌聯合課題組基于層狀鐵電材料原子級厚度和層間弱范德華力相互作用的特點，結合石墨烯與二維范德華層狀鐵電材料構筑了垂直異質結構，在無外加偏壓條件下觀察到了顯著的自發光電流現象，并利用外電場、入射光場以及溫度場等多種外場手段，實現了對體光伏強度的調控，證明二維鐵電極化是體光伏增強效應的主要物理機制。此外，研究還發現基于二維鐵電材料的體光伏輸出電流密度介于一維和三維體光伏材料之間。

這一研究成果暗示了材料維度是發展高效體光伏器件的關鍵因素之一。(科技日報記者 吳長鋒)