编者按：美国的研究人员已经展示了如何调整2D半导体的电势可以显着提高其光输出，这一发现可以帮助这些材料在光电子领域找到新的应用。

2D或单层半导体，如二硫化钼（MoS2），有朝一日可以让工程师生产超薄，柔性LED和太阳能电池。然而，目前它们效率低下。

用足够频率的光照射半导体产生激子（电子 - 空穴对）。光电子学中使用的任何半导体最重要的参数是光致发光量子产率 - 衰变产生更多光的激子的比例。加州大学伯克利分校的Ali Javey解释说，这决定了使用这种材料的任何LED或太阳能电池所能达到的最高理论效率。在过渡金属二硫属化物如MoS2中，这通常只有约0.1％ - 激子与结构缺陷相互作用，例如缺失原子，刺激双激子（激子对）和正或负三价（激子与自由电子的组合）的形成或分别为孔）。这两者都产生热能。

2015年，Javey及其同事报道用双（三氟甲烷）磺酰亚胺（TFSI）处理MoS2表面使其光致发光量子产率提高了190倍，但该技术的有效性仍然知之甚少。此外，研究人员说，工业应用会很困难。 “在设备物理中，你经常需要将样品放在真空和各种不同的溶剂中，”Javey解释道。 “我们经常发现TFSI会消失。”


这一次，研究人员采取了不同的方法。它们不是化学处理MoS2，而是将其与金电极一起封装在聚合物中。它们连接介电层和反电极，以精确控制半导体的电位。他们发现，当没有施加电压时，样品的光致发光量子产率为0.1％。然而，当他们调低入射光强度并向反电极施加负电压时，量子产率急剧增加，在-20V时达到约75％。

二硫化钼天然富含电子。因此，在没有施加电压的情况下，该团队推断，大部分激子会与自由电子结合形成负π。然而，向背栅施加负电压是从单层吸收自由电子，允许更多的激子保持中性并衰变产生光。为了验证这一假设，他们测试了其他二硫化物单层。二硫化钨显示出类似的行为。然而，钨和硒化钼 - 其自然具有大致相等数量的电子和空穴 - 在没有施加电压的情况下显示出其最大量子产率。

这解释了为什么TFSI对MoS2的光致发光量子产率具有如此显着影响的原因，Javey解释道。他说，'TFSI是一种已知的路易斯酸，所以它只是将电子从表面吸走。降低入射光导致半导体中的激子减少，从而减少了形成的双激子的数量。这在设备中会更成问题。 “如果你正在使用LED，那么你通常希望它非常明亮，”Javey说。 “我们的实验室正在进行一些项目，以保持高激子浓度下的光致发光量子产率很高。”

“无论你有多少缺陷，静电掺杂并获得非常高的光致发光量子产率，这篇论文确实会带来巨大影响，”无论你是否可以使用任何随机单层半导体，“该公司董事Andrea Ferrari说。剑桥石墨烯中心在英国。 “让真正的设备工作在20-50V可能并不理想，但我认为更重要的一点是他们已经证明了为什么我们自己使用的TFSI方法有效，这让人们可以寻找其他方法来达到同样的效果。'

巴塞罗那光子科学研究所的Frank Koppens也印象深刻。他说，我一直认为这些半导体单层材料的质量有限，而且需要很长时间才能解决，但他们似乎已经以相当简单的方式完成了这项工作。然而，他提醒说，在完全相信之前，他希望看到更多细节。

原标题：用2D半导体生产太阳能电池，成为可能