楚盛教授课题组在能源转换材料研究中取得进展

         最近，楚盛教授课题组在垂直二维材料体系在能源方面的应用研究中取得重要研究进展，相关成果近日发表于能源领域国际著名学术刊物 Nano Energy (SCI影响因子 13.12)。

         二维材料以其独特而特殊的原子层形态，对科学界和产业界都具有重要的应用价值。如何在材料科学角度上大量的、高精度的制备这些二维材料，是其能否走向应用的关键，迄今为止，部分二维材料的制备已经能达到晶圆级别生长、单晶且层数可控的水平，但是，值得关注的一点是，在平面衬底上制备的二维材料，一般而言其原子层平面是平行于衬底表面的。虽然这种平行结构有利于我们研究二维材料中的电学性质，例如制备晶体管等，但这种结构在规模化的光电应用方面显得有所不足。最关键的问题在于原子层材料太薄，即使单层材料的效率十分高，其最终得到的信号强度依然不能与传统材料和器件匹敌。例如，过渡金属硫化物基太阳能电池也展现了非常强的单原子层转化效率，但单层MoS₂的太阳光吸收率仅有5%，而多层MoS₂将失去直接带隙半导体的优势。此外，尽管有些二维材料如GaTe等的带隙结构不随层数变化，但在需要电子垂直衬底平面传输的应用场合，垂直排列的二维材料阵列将更有利于载流子传输。因此，能否大面积的制备高质量的垂直排列的二维材料，是该材料体系走向应用亟待解决的重要问题。

      最近，楚盛教授课题组的陈祖信博士在垂直二维材料体系在能源方面的应用研究中取得重要研究进展。他们使用化学气相沉积(CVD)的方法，首次在m面ZnO单晶基底上设计、合成了大面积的准垂直p型二维 GaTe纳米片阵列。实验结果表明，大面积的GaTe纳米片阵列以53°的倾斜度规整的在m面ZnO基底上外延生长。基于p-GaTe/m-ZnO异质结结构，该课题组构筑了异质结光伏电池，实现了6.64 % 的能量转换效率，电池效率的提升归因于两点：1. 准垂直、高密集的单层GaTe纳米片能更有效的吸收入射光；2. 空穴在GaTe面内的输运优于在GaTe层间之间的输运，这使得准垂直GaTe纳米片阵列的电阻变小，产生的光电流增强。该工作对高效率的光电功能器件而言具有十分重要的潜在应用价值，如：高响应速度的光电器件(如光电探测器)。此外，准垂直的二维GaTe纳米片由于暴露更多的边缘活性位点，也有望在光电催化产氢领域有所作为。

      研究成果以题目 “Epitaxially grown semi-vertical and aligned GaTe two dimensional sheets on ZnO substrate for energy harvesting applications ” 的论文在线发表在Nano Energy，陈祖信博士为第一作者，论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518308292。本研究得到国家自然科学基金和光电材料与技术国家重点实验室的大力支持。