當二硫化鉬遇見光

2021-02-24 中科院物理所

大約2年前，MIT的科學家開始研究二硫化鉬(MoS2)在光伏材料方面的應用潛力。結果有些混亂。他們研究得結論是相關材料轉化效率值非常低，但另一項發現卻鼓舞人心：通過將三片二硫化鉬壓縮到一納米的厚度，這種材料能夠吸收10%的直射太陽光。這要比砷化鎵和矽所能吸收陽光高出一個數量級。

雖然這種新材料的發現令人鼓舞，但是這還與不足以讓所有人搖旗吶喊著要求使用二硫化鉬取代光伏和其他光電材料中的矽。

現在，美國西北大學的研究人員這在實現二硫化鉬與等離子體(plasmonics )的合成，這樣能夠進一步提高材料對光的吸收率，以及光致發光特性。

使用等離子納米結構提升太陽光電效果並不新鮮。早在2012年，普林斯頓大學學的研究者就開發出了一種等離子納米結構，此結構應用於採樣能電池，能夠使材料吸收照射到材料表面96%的光，並能提高光175%左右的電轉化效率。

等離子體基元利用，光子撞擊金屬表面密集電子時發生的震蕩。除了等離子體在光伏中的應用，等離子體基元還有很多其他的潛在價值，包括計算機晶片上的數據傳輸和進行高解析度的光刻技術。

根據《Nano Letters》的一篇研究，西北大學的團隊使用等離子銀納米圓盤陣列(plasmonic silver nanodisc arrays)能夠顯著提升二硫化鉬的光激發效應。

我們已經得知這些等離子納米結構有著能夠吸引和困住少量光的特性。Serkan Butun，一名博士後研究員說道。「現在，我們的研究表明，通過將銀納米片至於(二硫化鉬)材料表面，能夠增強12倍以上的光發射(light emission)。」

這種12倍的光發射(light emission)的提升，是由於等離子共振與光的激發和排放發生了耦合，這增強了光於納米材料之間的相互作用。

研究人員認為光發射增強效應，將使得二硫化鉬應用於發光二極體中。

這是一個巨大的進步，但不是故事的結尾。 該項目的負責人Koray Aydin在採訪中說道。還有能夠進一步提高光發射的方法，不過目前我們還沒有找到。目前最有效的增加光發射就是我們的超薄二硫化鉬材料了。

[王大蜀黍 via IEEE Spectrum]

來源：煎蛋


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