南方科技大學(xué)發(fā)現(xiàn)邊緣嵌入結(jié)構(gòu)中的體光伏效應(yīng)

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研究示意圖。南方科技大學(xué)供圖

南方科技大學(xué)電子與電氣工程系助理教授陳曉龍課題組在基于范德華層狀材料的邊緣嵌入結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了體光伏效應(yīng)（BPVE）。近日，相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》。

高效地將光轉(zhuǎn)化為電能是生態(tài)友好型能源收集的核心，然而基于p-n結(jié)內(nèi)置電場等的傳統(tǒng)光伏效應(yīng)效率逐漸達(dá)到理論極限。BPVE是材料晶格反轉(zhuǎn)對稱性破壞而產(chǎn)生的一種內(nèi)稟二階非線性光學(xué)效應(yīng)，由于它不依賴于外部電場或熱梯度，因此可以突破這種效率極限。

雖然大多數(shù)范德華材料都具有晶格反轉(zhuǎn)對稱性，但材料邊緣周期性結(jié)構(gòu)被打破，有望實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的BPVE。然而，對于大多數(shù)范德華材料而言，納米邊緣的BPVE要么可以忽略不計(jì)，要么與外部效應(yīng)無法區(qū)分。

該研究中，科研人員通過構(gòu)建低對稱性、準(zhǔn)一維、邊緣嵌入的范德華同質(zhì)或異質(zhì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)烈的BPVE。邊緣嵌入結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)不同于塊體結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵摼植繀^(qū)域存在準(zhǔn)一維的邊緣態(tài)和應(yīng)變。

與以往的研究相比，該研究有兩個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。第一，提出的邊緣嵌入結(jié)構(gòu)可能有數(shù)千種配置，可方便地使用各種范德華層狀材料構(gòu)建。第二，對稱性分析表明，BPVE誘導(dǎo)的光電流在左右邊緣嵌入結(jié)構(gòu)處具有相反的極性，而非本征光伏效應(yīng)誘導(dǎo)的光電流具有相同的極性。因此，從左右邊緣的幾何對稱性上，能區(qū)分BPVE本征光電流和非本征光電流。

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