科学家让2D材料也能获得极化光伏效应,且可能还优于太阳能电池

据外媒报道,研究人员首次发现了一种可以从某些非光伏、原子平面(2D)材料中获得极性和光生伏打特性的方法–背后的关键在于材料排列的特殊方式。据悉,这种方法产生的效应不同于太阳能电池中常见的光伏效应,甚至可能还优于这种效应。

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太阳能被认为是摆脱化石燃料的关键技术。研究人员不断创新更有效的方法来获取太阳能。很多创新则都来自材料研究领域。近日,来自东京大学应用物理系的助理研究员Toshiya Ideue和他的团队对2D材料的光伏特性和这些材料相遇时的界面表现出了浓厚的兴趣。

Ideue指出:“通常情况下,多个2D材料的界面对单个晶体表现出不同的特性。我们发现,两种通常不表现出光伏效应的特殊材料在以一种非常特殊的方式堆叠时也会产生这种效应。”

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这两种材料是硒化钨(WSe2)和黑磷(BP),它们都有着不同的晶体结构。最初,这两种材料都是非极性的,在光照下不会产生光电流。然而,Ideue和他的团队发现,通过将WSe2和BP的薄片以正确的方式堆积在一起,样品表现出了极化,当光投射到材料上时它会产生电流。即使在样品两端的照明区域远离电极也会发生这种效应,这跟普通的光伏效应是不同的。

这种行为的关键是WSe2和BP的合作方式。BP的晶体结构在一个平面上具有反射对称或镜面对称,而WSe2的晶体结构有三条镜面对称。当材料的对称线对齐时,样品获得极性。这种层堆积是一项精细的工作,但它也向研究人员揭示了新的特性和功能,这些则都无法仅通过观察材料的普通形式就能预测的。

Ideue表示:“我们面临的最大挑战将是找到一种具有更高发电效率的2D材料的良好组合以及研究改变堆叠角度的效果。但发现从未见过的材料的突现性质是非常值得的。希望有一天这项研究能改善太阳能电池板。我们希望在纳米材料中探索出更多前所未有的特性和功能。”

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