ACS Nano | 缺陷工程助力突破TMDs载流子倍增能量极限

背景：传统半导体光伏器件中，高能光子吸收产生的热载流子会快速弛豫，导致能量损失，限制了光电转换效率。载流子倍增（CM）是突破Shockley–Queisser极限的有效机制，但其能量阈值通常较高（>2Eg），限制了亚2Eg高能光子的利用。二维过渡金属硫化物（TMDs）是研究CM的理想平台，但如何降低其CM阈值仍是挑战。研究目的：本研究旨在通过缺陷工程降低单层WS2中载流子倍增的能量阈值，探究其机理并实现高效CM过程。结论：研究通过引入对称性双硫空位（V2S）缺陷，在单层WS2中实现了阈值低至1.6Eg的超低阈值载流子倍增（LTE-CM）。实验证实，V2S引入的带间态增强了电子-声子耦合，促进了声子辅助的上转换过程，从而使第二个电子可通过带间态辅助跃迁进入导带。该工作为突破光伏效率极限提供了新思路，并为二维材料中缺陷调控与载流子动力学研究开辟了新方向。