【產(chǎn)通社，11月15日訊】中國(guó)科學(xué)院微電子研究所（Microelectronice of Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，新興的二維層狀半導(dǎo)體材料因其可通過(guò)厚度變化調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)獨(dú)特的范德瓦耳斯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)靈活的異質(zhì)集成功能設(shè)計(jì)、構(gòu)筑高效率的光伏單元，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。其中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題是如何有效控制自發(fā)輻射損失，從而提高光伏單元的光吸收效率。此外，基于二維材料異質(zhì)結(jié)光伏單元的效率極限及其相比于傳統(tǒng)半導(dǎo)體光伏結(jié)構(gòu)是否有優(yōu)勢(shì)尚不明確。 

針對(duì)上述問(wèn)題，貴州民族大學(xué)劉江濤教授和微電子所吳振華研究員開(kāi)展了系列理論研究，提出了利用單層二硫化鉬構(gòu)筑準(zhǔn)一維光子晶體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光子局域態(tài)的方案，并通過(guò)轉(zhuǎn)移矩陣方法證明了該結(jié)構(gòu)的光發(fā)射和吸收效率較單層二硫化鉬提升2~3個(gè)量級(jí)[Scientific Report, 7:16391, (2017)]，證明了通過(guò)金屬微腔可實(shí)現(xiàn)二維光伏單元的寬光譜增強(qiáng)吸收[Nanotechnology, 29:14401 (2018)]。 

最近聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)提出了一種將二維材料異質(zhì)結(jié)與契型金屬微腔結(jié)合的新型光伏單元設(shè)計(jì)方案。該方案在極大增強(qiáng)二維異質(zhì)光伏單元光吸收的同時(shí)，有效降低自發(fā)輻射立體角以及自發(fā)輻射立體角和太陽(yáng)光立體角的比值，從而降低光子吸收和再輻射導(dǎo)致的損耗。理論計(jì)算證明，新型光伏單元吸收效率極限大約為傳統(tǒng)光伏器件的1.1X倍。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了通過(guò)易于集成的普通光聚焦系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的方案，優(yōu)化后的吸收效率可達(dá)到傳統(tǒng)光伏單元在完美聚焦理論假設(shè)下的性能水平。由于自發(fā)輻射損失隨著光伏單元厚度增加而增加，該研究基于二維材料的設(shè)計(jì)是當(dāng)前趨于極限厚度的最佳方案。

未來(lái)，技術(shù)成熟后新型二維光伏單元有望取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體光伏單元，具有廣泛應(yīng)用前景。該項(xiàng)研究工作近期發(fā)表于Phys.Rev.Appl., 12:034023,（2019）。 
　　 
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