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南工大研制超薄二维碘化铅晶体，为太阳能电池提供新思路
2019-04-22
来源：转载自第三方
近日，南京工业大学课题组制备出一种超薄的高质量二维碘化铅晶体，并且通过它实现了对二维过渡金属硫化物材料光学性质的调控，为制造太阳能电池、光电探测器提供了新思路。
近年来，二维材料种类日渐丰富，构筑范德华异质结的技术也日益成熟，为研发基于二维材料的功能化微纳器件奠定基础。然而很多二维材料为半金属（如石墨烯）和绝缘体（如氮化硼），而大部分单元素二维半导体如硅烯、锗烯等几乎不能从块体材料中获得，从而限制了其在光电器件中的应用。作为二维半导体材料的过渡金属硫化物（TMDs），因具有在可见光附近的光学带隙与易调控光电性能，受到科研工作者的关注。但大量的理论和实验结果证明，TMD/TMD异质结多为Type-II型异质结，功能比较单一。虽然黑磷与TMD材料可以形成不同类型异质结，但黑磷能带较窄，对TMD的都起到发光淬灭的作用。目前，仍然没有一种二维材料能够对TMDs的光电性质有多重调控作用。
南京工业大学王琳教授课题组开发利用原子级厚度的碘化铅纳米片克服了上述缺陷。碘化铅作为二维层状材料，具有大的原子序数，长期以来都被用于室温下的核辐射探测，但原子级厚度碘化铅确很少有人进行研究。这一超薄碘化铅纳米片，专业术语称为原子级厚度的宽禁带二维PbI2晶体，是一种超薄的半导体材料，厚度只有几个纳米。该材料采用了溶液法来合成，这种方法对设备要求很低，具有简单、快速、高效的优点，能够满足大面积和高产量的材料制备需求。合成出的碘化铅纳米片具有规则的三角形或者六边形形状，平均尺寸6微米，表面光滑平整，光学性能良好。
科研人员把这一超薄的碘化铅纳米片与二维过渡金属硫化物结合，进行人工设计，把它们堆叠到一起，获得不同类型的异质结，因为能级排列方式不一样，因此碘化铅能够对不同二维过渡金属硫化物的光学表现起到不同影响。这种能带结构可以有效地提高发光效率，有利于制作像发光二极管、激光这类的器件，应用在显示与照明中，并可以利用在光电探测器、光伏器件等领域。
这一成果实现了超薄碘化铅对二维过渡金属硫化物材料光学性质的调控，与传统以硅基材料为主体的光电子器件相比，该成果具有柔性、微纳特点，因此可以应用在制备柔性化、可集成的光电子器件方面，基于碘化铅纳米片的二维半导体异质结，在可集成化的微纳光电器件领域有着广阔的应用前景，为制造太阳能电池、光电探测器等等，也提供了一个新思路。
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