論文題目：Giant intrinsic photovoltaic effect in onedimensional van der Waals grain boundaries

發(fā)表期刊：Nature Communications IF: 17.65

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-44792-4

【引言】

光伏效應(yīng)作為一種重要的綠色環(huán)保能源收集手段,，已在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。然而,，傳統(tǒng)PN結(jié)中的光電轉(zhuǎn)換效率受到Shockley-Queisser極限的限制,，無法進一步提高,。因此，研究者將目光轉(zhuǎn)向了非中心對稱材料,。在這種材料中,，當(dāng)受到均勻光照，且無外接偏壓的條件下,，就可以產(chǎn)生直流光電流,。這種光電轉(zhuǎn)換現(xiàn)象由于只受到材料本征對稱性的影響，被稱為材料的本征光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)（IPVE）,。由于材料本征的IPVE不受Shockley-Queisser極限的限制,，為進一步提高光電轉(zhuǎn)換效率提供了研究思路。

【成果簡介】

2024年2月,，南方科技大學(xué)相關(guān)團隊使用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3在光電轉(zhuǎn)化器件的制備及應(yīng)用等方面取得重要成果,。作者利用ReS₂材料中一維范德華晶界（vdW GBs）制備了基于IPVE效應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件。根據(jù)實驗測量結(jié)果,，所制備出的光電轉(zhuǎn)換器件具有同類器件中最高的IPVE效率,。此外，研究發(fā)現(xiàn)利用不受極化影響的門電極可對vdW GBs的IPVE轉(zhuǎn)換效率進行調(diào)節(jié),，更有利于能量的收集,。相關(guān)工作以《Giant intrinsic photovoltaic effect in onedimensional van der Waals grain boundaries》為題，在SCI期刊《Nature Communications》上發(fā)表,。

文中使用的小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3克服了傳統(tǒng)光刻工藝中需要掩膜版的難題,，通過電腦控制DMD微鏡矩陣開關(guān)，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制,，直接在光刻膠上曝光繪出所要的圖案,。與此同時，該設(shè)備還具備結(jié)構(gòu)緊湊（70cm X 70cm X 70cm）,、直寫速度高,，高分辨率（XY：<1 μm）等特點,。采用集成化設(shè)計，全自動控制,，可靠性高,，操作簡便。憑借這些優(yōu)勢,，MicroWriter ML3為本研究光電器件的成功制備提供了關(guān)鍵技術(shù)支持,。

圖1. 小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3

【圖文導(dǎo)讀】

圖2. ReS₂材料中vdW GBs的表征。（a）ReS₂材料的STEM和HAADF表征結(jié)果,。（b）ReS₂材料中晶界的STEM和HAADF表征結(jié)果,。（c）材料晶界附近的頂視示意圖。（d）和（e）材料極化和非極化條件下的光學(xué)表征結(jié)果,。（f）材料的極化拉曼表征結(jié)果,。

圖3. 在ReS₂晶界的IPVE效應(yīng)。（a）利用MicroWriter ML3無掩模光刻機制備的光電轉(zhuǎn)換器件,。（b）沿y方向光電流在材料不同位置的測量,。（c）掃描光電光譜儀對材料光電流的表征結(jié)果。（d）沿x方向光電流在材料不同位置的測量,。(e)在晶界處的極化分辨光電流,。(f)極化獨立項的空間分布。

圖4. 通過調(diào)節(jié)電壓實現(xiàn)對ReS₂的IPVE轉(zhuǎn)換效率的調(diào)節(jié),。（a）利用MicroWriter ML3制備的光電轉(zhuǎn)換器件,。（b）在不同電壓下，IPVE效應(yīng)所產(chǎn)生的光電流對應(yīng)的值,。

圖5. 論文Supplementary Information中利用MicroWriter無掩模光刻機的所制備的光電器件,。

【結(jié)論】

論文中，南方科技大學(xué)相關(guān)團隊利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備了基于ReS₂一維vdW GBs的光電轉(zhuǎn)換器件,。由于該器件利用了IPVE效應(yīng),，突破了傳統(tǒng)PN結(jié)中的Shockley-Queisser光電轉(zhuǎn)換極限。與同類器件相比,，論文中所制備出的光電轉(zhuǎn)換效率也處于優(yōu)異水平,。該工作不僅制備出高轉(zhuǎn)換效率的光電器件，還為光電轉(zhuǎn)換效率的提高打下堅實的理論基礎(chǔ),。從論文中還可以看出,，MicroWriter ML3無掩模光刻機得益于其強大的光刻和套刻能力，可以十分方便地實現(xiàn)實驗中所設(shè)計圖形的曝光,，是各學(xué)科科研中制備各類微納器件的得力助手,。

相關(guān)產(chǎn)品：

1、小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3