記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校曾華凌教授聯(lián)合研究組在室溫二維鐵電材料中觀察到了顯著增強(qiáng)的體光伏現(xiàn)象，并研究了該現(xiàn)象的維度過(guò)渡行為，確定了其臨界厚度，為理解空間反演對(duì)稱破缺體系中電極化主導(dǎo)的光電轉(zhuǎn)換機(jī)制提供了重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。相關(guān)研究成果于10月8日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。
傳統(tǒng)光伏器件的光電能量轉(zhuǎn)換效率存在理論上限，即所謂SQ極限。近年來(lái)的研究表明，在單一組分的晶體材料能在無(wú)外場(chǎng)及無(wú)空間不均勻性的條件下，自發(fā)地導(dǎo)致光生電子與空穴分離，從而產(chǎn)生光電流。此界面技術(shù)無(wú)關(guān)的光伏效應(yīng)有望打破SQ極限，從而提高光伏器件的能量轉(zhuǎn)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(tài)密度及能帶貝里相相關(guān)的移位電流是其中的關(guān)鍵。但是，關(guān)于體系維度和樣品厚度之間的關(guān)系，以及維度的過(guò)渡如何影響體光伏效應(yīng)等，目前尚未有一個(gè)非常清楚的圖像。
鑒于此，曾華凌聯(lián)合課題組基于層狀鐵電材料原子級(jí)厚度和層間弱范德華力相互作用的特點(diǎn)，結(jié)合石墨烯與二維范德華層狀鐵電材料構(gòu)筑了垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在無(wú)外加偏壓條件下觀察到了顯著的自發(fā)光電流現(xiàn)象，并利用外電場(chǎng)、入射光場(chǎng)以及溫度場(chǎng)等多種外場(chǎng)手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)體光伏強(qiáng)度的調(diào)控，證明二維鐵電極化是體光伏增強(qiáng)效應(yīng)的主要物理機(jī)制。此外，研究還發(fā)現(xiàn)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(fā)展高效體光伏器件的關(guān)鍵因素之一。
原標(biāo)題：二維鐵電體光伏增強(qiáng)效應(yīng)的物理機(jī)制被揭示
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