一维（1D）过渡金属双卤化物表现出增强的整体光伏效应，使得在p-n结结构中，太阳能收集的效率有可能超过Shockley-Queisser的极限效率，但其集体输出仍然面临着巨大挑战。
在此，北京大学刘开辉教授，中国人民大学刘灿副教授，中国科学院半导体研究所魏钟鸣研究员和中国科学院深圳先进技术研究院丁峰教授等人报道了通过原子制造策略合成具有明确手性和相干极性的单晶WS2带状阵列。WS2带的手性由衬底耦合为可调缩的扶手椅、锯齿状和手性等，极性方向由带前体界面能决定。此外，单个扶手椅带表现出较强的光伏效应，进一步集成~1000排列带，则可实现光电流的放大。
刘开辉，北京大学物理学院教授，博士生导师，北京大学特聘研究员，国家优秀青年基金获得者（2015 ），国家杰出青年科学基金获得者（2020）。
刘灿，中国人民大学物理系研究员/副教授，主要研究方向为低维材料的表界面调控及纳米光谱学研究。
魏钟鸣，中国科学院半导体研究所研究员，博士生导师，中国科学院大学岗位教授，长期从事新型低维半导体材料与器件的研究工作。
丁峰，国家高层次引进人才，教育部长江讲座教授，深圳理工大学材料科学与能源工程学院讲席教授。
相关文章以“WS2 ribbon arrays with defined chirality and coherent polarity”为题发表在Science上。
全球正在向可持续能源实践过渡，这加剧了对高效和多功能光伏技术的紧迫性。体光伏效应（BPVE）是非中心对称材料中的一种二阶非线性现象，允许将太阳能直接转换为电流，从而提供了一个很有前途的解决方案。其中，BPVE是对传统p-n结光伏发电的补充，具有规避传统太阳能电池固有的Shockley-Queisser极限的潜力。一维（1D）过渡金属硫化物 （TMD）的特点是其内部对称结构低，在可见光谱中具有强大的吸收性，与BPVE的先决条件非常吻合。
为了通过大型一维结构的互连进一步提升基于TMD的BPVE电流，必须满足几个标准：（i）必须在具有特殊定义的手性的一维体相中产生强大的光电流。
（ii）不同的一维结构应具有相干极性，以确保BPVE电流收集；
（iii）并联对齐的一维阵列是促进大规模太阳能电池集成的首选。
在这方面，具有特定轴向手性和相干极性的单向对准阵列是将基于TMD的BPVE器件从单个原型概念推进到大规模集成应用的先决条件。
最近，在调节一维TMD的宏观配置方面取得了进展，例如其方向和纵横比。然而，对轴向手性和极性方向等微观排列的控制阻碍了进展。由于缺乏在原子水平上控制这些结构几何形状的有效机制，这一挑战变得更加复杂。一个有用的参考来自一维碳纳米管和石墨烯带的手性控制生长的成功。然而，在六方晶格中具有两个元素的TMD的非中心对称晶格甚至使它们的一维对应物的情况复杂化，这往往会产生具有反极性的孪晶结构。因此，需要一种提供原子精确晶格排列的策略来应对这些合成挑战。
本文提出了一种原子制造策略，用于确定性制造具有定义手性和相干极性的WS2色带阵列。具体来说，本文的方法利用了WS2晶格和蓝宝石衬底之间的耦合步骤，决定了WS2晶格的外延取向并引导带轴，从而定义了带的手性。因此，具有相干极性的扶手椅、锯齿形和手性带状阵列有选择性被地制备。通过原子制造机制生长的各种带使研究手性依赖的BPVE响应成为可能，并强调利用具有相干极性的单手性带阵列来生成一个BPVE光电流。
综上所述，本文开发了一种具有明确手性和相干极性的WS2带状阵列可控增长的制造策略，制造确定性结构带状阵列的灵活性使得系统地研究手性依赖性BPVE成为可能，并实现了光伏器件阵列的稳健集成。本文的策略为一维材料的按需定制和大规模集成提供了一种通用方式，促进了自动驾驶片上电子和光电子学的进步。
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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