科技日报记者 吴长锋
记者从中国科学技术大学获悉，该校曾华凌教授联合研究组在室温二维铁电材料中观察到了显著增强的体光伏现象，并研究了该现象的维度过渡行为，确定了其临界厚度，为理解空间反演对称破缺体系中电极化主导的光电转换机制提供了重要的实验证据。相关研究成果于10月8日在线发表于国际学术期刊《自然·通讯》上。
传统光伏器件的光电能量转换效率存在理论上限，即所谓SQ极限。近年来的研究表明，在单一组分的晶体材料能在无外场及无空间不均匀性的条件下，自发地导致光生电子与空穴分离，从而产生光电流。此界面技术无关的光伏效应有望打破SQ极限，从而提高光伏器件的能量转换效率。近期的理论研究指出，低维材料体系中存在的高电子态密度及能带贝里相相关的移位电流是其中的关键。但是，关于体系维度和样品厚度之间的关系，以及维度的过渡如何影响体光伏效应等，目前尚未有一个非常清楚的图像。
鉴于此，曾华凌联合课题组基于层状铁电材料原子级厚度和层间弱范德华力相互作用的特点，结合石墨烯与二维范德华层状铁电材料构筑了垂直异质结构，在无外加偏压条件下观察到了显著的自发光电流现象，并利用外电场、入射光场以及温度场等多种外场手段，实现了对体光伏强度的调控，证明二维铁电极化是体光伏增强效应的主要物理机制。此外，研究还发现基于二维铁电材料的体光伏输出电流密度介于一维和三维体光伏材料之间。
这一研究成果暗示了材料维度是发展高效体光伏器件的关键因素之一。
中国科大供图