Advanced Materials：交流电光伏效应诞生

来源：材料人

【成果简介】

这项研究发现将变化的非平衡光照在不加外电压的p-Si/TiO2 纳米薄膜异质结上时，器件产生了较强的交流电信号。作者发现这个交流信号与光强（图1），材料的光吸收（图2），光照面积等都有很强的关联。并且，有意思的是，电流信号与频率相关，而电压信号与频率无明显关系，不符合电阻导电模式下的欧姆定律，而是遵循电容导电模型（Capacitive conduction model）（图1）。文中又采用了多个不同结构的器件（图2）以及商业硅基太阳能板实验，也采用不同的测试手段进行分析，都产生了这种交流电信号。这些结果表明这是一个新的现象，而非来自“奇怪的电磁波”，“外界噪音”，或者“测量仪器内部信号”，而是与光照密切相关的效应。交流电信号的线性叠加原理也进一步验证了这个信号来自器件内部而非外界环境。

【图文介绍】

图1. 交流光伏效应的测试

图2. 交流光伏效应的普适性研究

作者也对交流光伏效应的应用作了详细演示（图3）。交流光伏效应可以使得普通的器件就能作为高性能宽带光电探测器，在零偏置下具有极高的灵敏度，无需复杂加工。同时，它还可以作为远程电源提供相比于传统的光伏效应更高的瞬时功率输出。该文报道了，简单合成的p-Si/TiO2的器件利用这一效应能够在零偏置下具有极高的灵敏度对广域的光都有极高的灵敏度（2.09 ），比通常的pn光伏效应高2051倍，并且有很快的相应速度（ ≈20μs ）。并且，通过这一效应，商业化的硅太阳能电池在测试的条件下，相比于传统的pn光伏效应，也能提高其11.2倍的输出功率，而这提高的能量来自于产生非平衡态的机械能。也就是说，交流光伏效应提供了一种新的能量转换方式，将机械能转换为电能。这一新的能量转换方式的发现可能将产生革命性的影响。

图3. 交流光伏效应的应用

文章第一作者邹海洋博士，佐治亚理工大学王中林院士为通讯作者。

【论文地址】

该成果文章链接：

https://doi.org/10.1002/adma.201907249 。