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一多國研究團隊最近利用半導性過渡金屬二硫屬化物(transition-metal dichalcogenide, TMDC)製作出一種超薄異質結構，讓可撓式光伏元件與太陽能電池的實現又向前邁進了一大步。此超薄薄膜可像壁紙一般披覆於任何接受陽光照射的表面以用來發電能，而沒有現行光伏科技產品厚重、易脆的問題。
此研究團隊包含新加坡國立大學的Antonio Helio Castro Neto、英國曼徹斯特大學的Andre Geim與Kostya Novoselov以及葡韓德等國的研究人員。實驗使用的TMDC是一種新穎的2D晶體，內部的電子能與光產生強烈的交互作用，即使材料僅有數層原子厚，也能將大部分吸收的光子轉為電流。Castro Neto表示，若此科技能持續發展，將有機會改變太陽能產業的遊戲規則。
該團隊將此異質結構暱稱為「高科技三明治」(high-tech sandwich)，它是由厚度為原子級的材料組成，每層各司其職。第一層為單原子厚的氮化硼，它是透明的絕緣體，包覆整體元件，相當於三明治中的麵包；負責產生電子的TMDC則可視為三明治中的肉片；而2D導電材料石墨烯(graphene)則扮演萵苣的角色，收集TMDC產生的電子；金奈米微粒則可看成是可有可無的胡椒粒，藉由電漿子(plasmon)來提高吸收的光量。這些材料具有不同的的電子性質，分開來看，它們並非絕佳的光伏應用材料，但組合後卻變成「美味豐富」的高科技三明治。
實驗數據顯示此高效可撓元件的光響應超過0.1 A/W，相當於外部量子效率大於30%。此高效能來自TMDC中的范霍夫奇異點(van Hove singularity)。比利時物理學家Leon van Hove在1953年發現某些晶體內的自由電子會在特定能量下處於靜止狀態(即速度趨近於零)，並因此對任何外在刺激皆極為敏感。若以適當頻率的光照射處於范霍夫態的電子，這些電子將會集體大量反應。在此例中，由於光與物質間的交互作用增強了，導致更高的光子吸收並產生更多電子電洞對，進而產生更多光電流。
此團隊目前正尋找具有更強的范霍夫奇異點的材料，以期進一步提高光子的吸收。目前實驗中使用的薄膜是由3D晶體加工而成，因此他們也計畫以人工製造這些2D層狀材料。詳見Science｜DOI: 10.1126/science.1235547。 |