近来，我校合肥微标准物质科学国家研讨中心曾华凌教授课题组和中科院量子信息要点试验室郭光灿院士团队龚明教授课题组在二维铁电体光伏效应研讨中取得新的开展。该联合研讨组在室温二维铁电资料CuInP中调查到了明显地增强的体光伏现象，并研讨了该现象的维度过渡行为，确认了其临界厚度，这些成果为了解空间反演对称破缺系统中电极化主导的光电转化机制供给了重要的试验依据。相关研讨成果于10月8日以“Enhanced bulk photovoltaic effect in two-dimensional ferroelectric CuInP

  图1.（a）体光伏效应示意图。（b）根据二维资料CuInP2S6的体光伏器材。（c）室温无外偏压条件下二维铁电CuInP2S6中生成的自发光电流。

  传统光伏器材广泛依赖于固体中的界面技能，如半导体PN结或肖特基结，这使得它们在光电转化进程中可使用的光子数及所发生的光伏电压受限于晶体资料的带隙。理论证明，这一些器材的光电能量转化功率存在理论上限，即所谓的Shockley-Queisser（SQ）极限。近年来的研讨标明，在非中心对称的晶体资猜中都会存在着被称为体光伏效应的非线性光学现象，即单一组分的晶体资料能在无外场及无空间不均匀性的条件下自发地导致光生电子与空穴别离，由此发生光电流。此界面技能无关的光伏效应有望打破SQ极限，来提高光伏器材的能量转化功率，并取得超越资料带隙的光生电压。

  现在体光伏效应的研讨大多散布在在以钙钛矿氧化物为主的三维铁电晶体中，包含BiFeO3、PbTiO3等。前期相关研讨现已完成了远超带隙的光生电压发生，但受限于块体资料的厚度和绝缘体性质，使用体光伏效应发生的光电流一般较小，为10-10安培量级。为在体光伏器材中取得更高的光电流密度，近期的理论研讨指出，低维资料系统中存在的高电子态密度及能带贝里相相关的移位电流是其间的要害。可是，关于系统维度和样品厚度之间的联系，以及维度的过渡怎么样影响体光伏效应等，现在不论有一个很清楚的图画。

  图2.（a）不同维度光伏资猜中光电流密度和激发光功率密度的联系。 （b）体光伏光电流和CuInP2S6样品厚度的联系以及维度过渡进程。经过临界厚度dc，层状铁电资料CuInP2S6中的载流子分散长度被预算为40 nm。

  有鉴于此，我校曾华凌课题组和龚明课题组在二维范德华层状铁电资料CuInP2S6中展开了体光伏效应的研讨。该研讨工作根据层状铁电资料原子级厚度和层间弱范德华力相互作用的特色，结合石墨烯与少层CuInP2S6构筑了笔直异质结构，在无外加偏压条件下调查到了明显的自发光电流现象，并使用外电场、入射光场以及温度场等多种外场手法，完成了对体光伏强度的调控，证明二维铁电极化是体光伏增强效应的首要物理机制。此外，经过改动二维铁电层的厚度，他们十分明晰地演示了体光伏效应的维度过渡进程,并发现根据二维铁电资料的体光伏输出电流密度介于一维和三维体光伏资料之间。这一研讨成果暗示了资料维度是开展高效体光伏器材的重要的条件之一。

  我国科学技能大学已结业博士生李悦、合肥微标准物质科学国家研讨中心博士生付军和毛晓宇为本论文的一起榜首作者，龚明教授和曾华凌教授为上述文章的一起通讯作者。这项研讨得到了科技部国家要点研制方案、国家自然科学基金、中心高校根本科研业务费专项资金和安徽省引导项目的支撑。

  （合肥微标准物质科学国家研讨中心、物理学院、中科院量子信息要点试验室、科研部）