用二维材料制作有效的光吸收器

 

中国浙江大学的朱海明教授和他的研究团队研究了二维材料和范德华异质结构的多个方面，包括它们在光激发下的行为。范德华异质结构是原子级薄的二维材料层，可以按特定顺序堆叠以获得所需的器件性能。世界各地都在研究这种新型设备，因为这种新型设备具有类似块体结构无法实现的物理特性和行为。

朱教授的团队最近研究了范德华异质结构对于高效光捕获的适用性，并在《化学物理杂志》上发表了一篇新文章，报告了他们的实验和发现。他们的发现与传统上受 30% Shockley-Queisser 效率限制的光伏和光电设备相关。然而，在 2D 材料中，如果高能或热光激发电荷能够在器件的材料界面处足够快地提取，从而不会通过光发射或非辐射过程重新组合，则可以突破此限制。

研究人员利用过渡金属二硫属化物 MoTe2 和 WS2 构建了范德华异质结构，并使用光学技术进行研究，这在二维材料的表征和研究中非常常见。朱教授的团队使用光致发光(PL)光谱、吸收光谱和瞬态泵浦探针吸收光谱进行实验。

 

 

 

由于宽带材料特性，PL 和吸收光谱的设置涉及从可见光到红外波长的检测，覆盖范围从 2.1eV (590nm) 到 0.9eV (1370nm)。Pylon-100 相机用于从可见光到 NIR 的有效检测，Pylon-IR低温 InGaAs 阵列用于 1000 nm 以上的检测。对于瞬态吸收光谱，泵浦探针装置用于通过超短 35fs 脉冲泵浦样品，并使用ProEM-1600 EMCCD 相机进行检测。

PL 光谱用于材料的初始表征并确定层数，以找到用于生产堆叠结构的合适样品。通过观察原始层和堆叠层之间的 PL 发射行为，研究人员确定了材料组合时电子环境和电荷相互作用的变化。例如，2eV 左右的 WS2 强发射线在堆叠层中被强烈抑制，表明电荷超快转移到 MoTe2 层。然后，瞬态吸收测量使研究人员能够揭示电荷载流子行为的细节以及该特定结构的电荷转移机制及其效率。

研究小组在结论中指出，他们可以在所研究的结构中表现出有效的电荷转移，使这些材料适合高效设备。他们指出，他们的“发现……”为使用 2D 范德华异质结构设计极薄吸收器和热载流子器件提供了新鲜且令人兴奋的机会。

审核编辑 黄宇