Den schematiska strukturen för 2D BPVE-enhet. Kredit:LI Yue
Bulk fotovoltaisk effekt (BPVE) används ofta för att generera el. Som en process för energiöverföring från fotoner till elektroner och spänningsbildning i ferroelektriskt material, fungerar BPVE som en fördämning och höjer "vatten" (spänning) för att generera "kraft" (elektriska strömmar). Forskare har insett hög fotospänning bortom den teoretiska Shockley-Queisser (SQ) gränsen i tidigare studier, men tätheten av fotoström som genereras med konventionella metoder är fortfarande relativt låg.
I en studie publicerad i Nature Communications , ett forskarlag ledd av prof. Zeng Hualing och prof. Gong Ming från University of Science and Technology of China (USTC) vid den kinesiska vetenskapsakademin realiserade anmärkningsvärd fotoströmtäthet i ett tvådimensionellt (2D) material CuInP 2 S6 (CIPS) med skiktad van der Waals (vdW) struktur. De uppnådde mätbar kontroll över storleken på BPVE under tillstånd av pålagt elektriskt fält, infallande ljusfält såväl som temperaturfält.
Baserat på egenskaperna hos atomtjockleken hos skiktat ferroelektriskt material och den svaga vdW-kraften mellan skikten, konstruerade forskare en vertikal struktur genom att kombinera grafen med ett par skikt av CIPS. På detta sätt uppnådde de en hög täthet av fotoström utan applicerad förspänning, vilket realiserade den mätbara kontrollen över storleken på BPVE. Dessutom, genom reglering och kontroll av fotoströmmar, verifierade forskare att tvådimensionell ferroelektrisk polarisation är den huvudsakliga fysiska mekanismen för förbättrad BPVE.
Dessutom, genom att ändra tjockleken på tvådimensionella ferroelektriska skikt, visade forskare tydligt dimensionell övergång av BPVE. Och de fann att prestandan för 2D-solceller föll mellan 1D- och 3D-solceller i bulk, vilket indikerar att enhetens dimensionalitet var en av nyckelfaktorerna för att utveckla högeffektiva BPVE-baserade solceller.
Resultaten belyser potentialen hos ultratunn 2D-ferroelektrik för att utveckla tredje generationens solceller med hög effektivitet bortom den grundläggande SQ-gränsen. + Utforska vidare
