近日，物理学院能量转换材料与器件课题组在过渡金属硫化物中体光伏效应研究方面取得重要进展，相关工作“Boosting bulk photovoltaic effect in transition metal dichalcogenide by edge semimetal contact”以河北大学为第一单位发表在国际光学领域顶级期刊《Light: Science & Application》（2025, 14, 22, IF=20.6）。乔双教授为该论文的第一兼通讯作者，香港大学Li Lain-Jong教授（Chair Professor）为共同通讯作者。
体光伏效应（BPVE）通常存在于非中心对称结构材料中，因其可能超过传统太阳能电池的肖克利-奎塞尔（SQ）极限，近年来引起研究者的广泛关注。最近，过渡金属硫化物（TMD）在BPVE方面展现出巨大的潜力，其光电流比其他材料体系大几个数量级。然而，仍存在几个关键问题亟待解决：首先，由于费米能级钉扎效应，金属与TMD之间通常形成非欧姆接触，界面肖特基势垒抑制了BPVE的性能，导致准确评估BPVE变得困难。其次，以往的器件多采用顶部接触（TC）电极，这在载流子的传输和收集方面存在一定限制。最后，目前对BPVE的研究主要集中在提高其光电流或效率上，而BPVE与传统光伏效应（PVE）之间的相互作用尚未得到深入探索。这些问题的解决将有助于更好地发挥TMD在BPVE领域的潜力，并推动相关技术的进一步发展。为此，本文通过构筑边缘接触（EC）Bi半金属电极研究了3R-MoS2中的体光伏效应。研究发现，Bi半金属能够有效消除金属-过渡金属硫化物之间的肖特基势垒，从而促进体光伏效应的实现。而EC不仅能更高效地收集材料中的光生载流子，还能诱导均匀的拉伸应力，打破3R-MoS2的面内反演对称性，使得体光伏电流相比传统表面接触方式提升了100倍以上。此外，本文进一步设计并制备了3R-MoS2/WSe2异质结，探讨了BPVE与PVE的协同工作机制，并据此提出了其在光位敏探测器上的新重要应用。
以上工作得到科技部青年科技人才中长期出国（境）培训专项项目、国家自然科学基金委面上项目和河北省自然科学基金面上项目等经费的支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41377-024-01691-z。
