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二硫化钨纳米管中的增强型光伏效应

发布:laserpulse    |    2019-07-04 09:50    阅读:378
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传统p-n结中的光伏效应 - 其中p型材料(具有过多的空穴)邻接n型材料(具有过量的电子) - 通常涉及到从光诱导产生的电子 - 空穴对到其分离产生电流的过程。这类光伏效应对环境中的能量采集至关重要,其效率经过长期的发展已经显著提高并接近理论极限。通过利用体光伏效应(BPVE)可以得到进一步的进展,其不需要p-n结并且仅在具有?#33529;?#30340;反演对称性的晶体中发生。?#27426;?#30001;于BPVE在现有材料中的效率过低导致其发展受到阻碍。虽然具有?#31995;?#32500;?#32676;?#31364;带隙的半导体能够有效提高效率。过渡金属二硫化物(TMD)是典型的窄带隙二维半导体,通过?#33529;?#20854;块状晶体中固有的反演对称性能够观察到各?#20013;?#24212;,但是还未有文章深入研究过过渡金属硫化物(TMDs)中的BPVE。在这里,我们报告了基于二硫化钨(TMD系列成员)装置中BPVE的发现。我们发现降低晶体对称性,即从二维单层转变为具有极性的纳米管 ,BPVE能够被显著增强。由此产生的光电流密度比其他BPVE材料大几个数量级。我们的研究结果不仅突出了基于TMD的纳米材料的潜力,而且更普遍地强调了降低晶体对称性在提高太阳能转换为电能效率方面的重要性。

a,WS2晶体结构的插图,用于不同对称的器件:双层、单层?#25237;?#22721;纳米管。双层中的黑点标志着空间反演对称的中心。单层中黄色平面横截面上的黄色平面和黑色极分别表示?#24471;?#21644;三重旋转轴。b,比?#20808;?#31181;不同的光电转换机制。黑线和红线分别表示在黑暗和照明下的典型I-V特性。灰色矩形表示产生的电功率。通常,光伏效应需要p型和n型材料之间的结;如果没有结,则仅发生电导?#23454;?#21464;化(没有发电)。?#26434;?#27809;有反演对称性的材料,BPVE可以在没有结的情况下发生并产生电能。c,空心多壁WS2纳米管的TEM图像。白色标尺代表10nm。

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