一維（1D）過渡金屬雙鹵化物表現出增強的整體光伏效應，使得在p-n結結構中，太陽能收集的效率有可能超過Shockley-Queisser的極限效率，但其集體輸出仍然面臨著巨大挑戰。
在此，北京大學劉開輝教授，中國人民大學劉燦副教授，中國科學院半導體研究所魏鐘鳴研究員和中國科學院深圳先進技術研究院丁峰教授等人報道了通過原子制造策略合成具有明確手性和相干極性的單晶WS2帶狀陣列。WS2帶的手性由襯底耦合為可調縮的扶手椅、鋸齒狀和手性等，極性方向由帶前體界面能決定。此外，單個扶手椅帶表現出較強的光伏效應，進一步集成~1000排列帶，則可實現光電流的放大。
?劉開輝，北京大學物理學院教授，博士生導師，北京大學特聘研究員，國家優秀青年基金獲得者（2015 ），國家杰出青年科學基金獲得者（2020）。
劉燦，中國人民大學物理系研究員/副教授，主要研究方向為低維材料的表界面調控及納米光譜學研究。
魏鐘鳴，中國科學院半導體研究所研究員，博士生導師，中國科學院大學崗位教授，長期從事新型低維半導體材料與器件的研究工作。
丁峰，國家高層次引進人才，教育部長江講座教授，深圳理工大學材料科學與能源工程學院講席教授。
相關文章以“WS2?ribbon arrays with defined chirality and coherent polarity”為題發表在Science上。
全球正在向可持續能源實踐過渡，這加劇了對高效和多功能光伏技術的緊迫性。體光伏效應（BPVE）是非中心對稱材料中的一種二階非線性現象，允許將太陽能直接轉換為電流，從而提供了一個很有前途的解決方案。其中，BPVE是對傳統p-n結光伏發電的補充，具有規避傳統太陽能電池固有的Shockley-Queisser極限的潛力。一維（1D）過渡金屬硫化物 （TMD）的特點是其內部對稱結構低，在可見光譜中具有強大的吸收性，與BPVE的先決條件非常吻合。
為了通過大型一維結構的互連進一步提升基于TMD的BPVE電流，必須滿足幾個標準：（i）必須在具有特殊定義的手性的一維體相中產生強大的光電流。
（ii）不同的一維結構應具有相干極性，以確保BPVE電流收集；
（iii）并聯對齊的一維陣列是促進大規模太陽能電池集成的首選。
在這方面，具有特定軸向手性和相干極性的單向對準陣列是將基于TMD的BPVE器件從單個原型概念推進到大規模集成應用的先決條件。
最近，在調節一維TMD的宏觀配置方面取得了進展，例如其方向和縱橫比。然而，對軸向手性和極性方向等微觀排列的控制阻礙了進展。由于缺乏在原子水平上控制這些結構幾何形狀的有效機制，這一挑戰變得更加復雜。一個有用的參考來自一維碳納米管和石墨烯帶的手性控制生長的成功。然而，在六方晶格中具有兩個元素的TMD的非中心對稱晶格甚至使它們的一維對應物的情況復雜化，這往往會產生具有反極性的孿晶結構。因此，需要一種提供原子精確晶格排列的策略來應對這些合成挑戰。
本文提出了一種原子制造策略，用于確定性制造具有定義手性和相干極性的WS2色帶陣列。具體來說，本文的方法利用了WS2晶格和藍寶石襯底之間的耦合步驟，決定了WS2晶格的外延取向并引導帶軸，從而定義了帶的手性。因此，具有相干極性的扶手椅、鋸齒形和手性帶狀陣列有選擇性被地制備。通過原子制造機制生長的各種帶使研究手性依賴的BPVE響應成為可能，并強調利用具有相干極性的單手性帶陣列來生成一個BPVE光電流。
綜上所述，本文開發了一種具有明確手性和相干極性的WS2帶狀陣列可控增長的制造策略，制造確定性結構帶狀陣列的靈活性使得系統地研究手性依賴性BPVE成為可能，并實現了光伏器件陣列的穩健集成。本文的策略為一維材料的按需定制和大規模集成提供了一種通用方式，促進了自動駕駛片上電子和光電子學的進步。
Guodong Xue?, Ziqi Zhou?, Quanlin Guo?, Yonggang Zuo?, Wenya Wei, Jiashu Yang, Peng Yin, Shuai Zhang, Ding Zhong, Yilong You, Xin Sui, Chang Liu, Muhong Wu, Hao Hong, Zhu-Jun Wang, Peng Gao, Qunyang Li, Libo Zhang, Dapeng Yu, Feng Ding*, Zhongming Wei*, Can Liu*, Kaihui Liu*, WS2 ribbon arrays with defined chirality and coherent polarity.?(2024). https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn9476
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