美國研究人員首次成功分離出單層二硒化鉬(molybdenum diselenide, MoSe2)。他們表示，二硒化鉬具有寬度1.5 eV的直接能隙，對應的波長對於光電化學元件及光電子學相當重要，因此這種二維半導體材料非常適合應用於太陽能收集與其他光電領域中。
二維與三維材料具有非常不同的電子與機械性質，石墨與石墨烯(graphene)即為一例，因此二維材料可望用來發展許多新穎的元件。在此之前，該領域的研究大多集中在石墨烯上，然而石墨烯的缺乏能隙意味著科學家得另尋產生能隙的方法，因此許多人轉而注意其他材料。鉬相關二維材料如二硫化鉬(MoS2)同樣可藉由「膠帶法」(sticky tape)製造，而且具有1.9 eV的能隙，不過含硒的類似鉬化合物則未曾在實驗中合成。
最近，加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)的Sefaattin Tongay 與Junqiao Wu協同麻省理工學院(MIT)和勞倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL)的研究人員發現，單層二硒化鉬具有非常有趣的光學和電子性質。二硒化鉬塊材具有間接能隙，但單層二硒化鉬卻有寬1.5 eV的直接能隙。由於以直接能隙半導體來製作光電元件較以間接能隙半導體(如矽)來得簡單許多，因此這個特性為單層二硒化鉬帶來優勢。
單層二硒化鉬很容易從塊材二硒化鉬上分離。此外，逐層堆疊的少層二硒化鉬具有範圍幾乎相同的直接與間接能隙(約在1.3至1.5 eV間)，因此可以透過溫度與層數來調控能隙的性質。單層二硒化鉬同樣具有穩定性，這對原件功能可靠性相當重要。此材料亦表現強烈的光激發螢光，因此可望應用於發光二極體中。Tongay表示，根據太陽能最大轉換效率的理論預測(Shockley-Queisser limit)，效率最佳的光伏材料能隙值落在1.0至1.6 eV間，因此二維二硒化鉬非常適合用來收集太陽能，並且也可能適合許多其他光電應用。
二維材料相較於三維材料的另一優點在於能完全曝露於陽光下。Tongay表示，利用單層二硒化鉬來製作三維發泡材料或網路結構有助於製作出性能優越的太陽電池，他們目前正朝此目標前進。詳見Nano Lett. |DOI: 10.1021/nl302584w。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:莫偉呈(茂迪太陽能)
責任編輯:劉家銘