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“理工振興”學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)：河北大學(xué)物理學(xué)院能量轉(zhuǎn)換材料與器件課題組在過(guò)渡金屬硫化物中體光伏效應(yīng)研究方面取得重要進(jìn)展

2025-01-15

近日，河北大學(xué)物理學(xué)院能量轉(zhuǎn)換材料與器件課題組在過(guò)渡金屬硫化物中體光伏效應(yīng)研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)工作“Boosting bulk photovoltaic effect in transition metal dichalcogenide by edge semimetal contact”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在國(guó)際光學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Light: Science & Application》（2025, 14, 22, IF=20.6）。喬雙教授為該論文的第一兼通訊作者，香港大學(xué)Li Lain-Jong教授（Chair Professor）為共同通訊作者。

體光伏效應(yīng)（BPVE）通常存在于非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)材料中，因其可能超過(guò)傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的肖克利-奎塞爾（SQ）極限，近年來(lái)引起研究者的廣泛關(guān)注。最近，過(guò)渡金屬硫化物（TMD）在BPVE方面展現(xiàn)出巨大的潛力，其光電流比其他材料體系大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，仍存在幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題亟待解決：首先，由于費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)，金屬與TMD之間通常形成非歐姆接觸，界面肖特基勢(shì)壘抑制了BPVE的性能，導(dǎo)致準(zhǔn)確評(píng)估BPVE變得困難。其次，以往的器件多采用頂部接觸（TC）電極，這在載流子的傳輸和收集方面存在一定限制。最后，目前對(duì)BPVE的研究主要集中在提高其光電流或效率上，而BPVE與傳統(tǒng)光伏效應(yīng)（PVE）之間的相互作用尚未得到深入探索。這些問(wèn)題的解決將有助于更好地發(fā)揮TMD在BPVE領(lǐng)域的潛力，并推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。為此，本文通過(guò)構(gòu)筑邊緣接觸（EC）Bi半金屬電極研究了3R-MoS₂中的體光伏效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，Bi半金屬能夠有效消除金屬-過(guò)渡金屬硫化物之間的肖特基勢(shì)壘，從而促進(jìn)體光伏效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。而EC不僅能更高效地收集材料中的光生載流子，還能誘導(dǎo)均勻的拉伸應(yīng)力，打破3R-MoS₂的面內(nèi)反演對(duì)稱性，使得體光伏電流相比傳統(tǒng)表面接觸方式提升了100倍以上。此外，本文進(jìn)一步設(shè)計(jì)并制備了3R-MoS₂/WSe₂異質(zhì)結(jié)，探討了BPVE與PVE的協(xié)同工作機(jī)制，并據(jù)此提出了其在光位敏探測(cè)器上的新重要應(yīng)用。