廣泛運用的熱門材料　鈣鈦礦與二硫化物受關注

編譯／高晟鈞

過渡金屬二硫化物（TMD）和鈣鈦礦由於出色的光電性質，是近十年來最具吸引力並被廣泛研究的材料之一，其應用領域涵蓋了從光電探測、太陽能收集再到雷射裝置與半導體相關等多個領域當中。

潛力和缺點

鈣鈦礦所製成的太陽能電池，進步的幅度遠遠高於其他類型的材料，目前的能量轉換效率已經達到了25%。除此之外，鈣鈦礦材料已經被證明可以用於光電偵測器、場效電晶體、X射線偵測器、自旋電子學、發光二極體和雷射等裝置中。儘管二維鈣鈦礦已經表現出很好的穩定性、導電率和自旋相關效應，但常規三維雜化的鈣奈礦，依舊需要克服容易與水反應、光照性差等缺點。

另一方面，TMD也能被應用在製造LED、場效電晶體和光伏元件等等。二維異質結構的TMD可以用來創建原子級的P-N結，帶來非線性、多體現象、極化子、莫爾超精格的可能性。然而，由於其原子級的厚度，TMD的光吸收現象也受到了限制。

兩大光伏材料結合的結晶

將各種雜化鹵化物鈣鈦礦與TMD相結合所形成的二維異質結構（HS），展現了令人驚豔的特性，相互彌補了彼此了缺點，有潛力實現更為新穎和優化的設備元件。

在一些例子中，TMD可以封裝鈣鈦礦，並改善後者較差的環境穩定性（易與水、空氣反應）。有趣的是，與純TMD所形成的結構不同，鈣鈦礦與TMD的和不需要精準的精格匹配，這對於其生產與製造有著正面的幫助。TMD/鈣鈦礦異質結構具有良好的載流子傳輸（電子移動率）、強耦合（能量從介質A到B的過程）特性。

實際應用

鈣鈦礦／TMD異質結構作為兩種最具潛力的光伏材料，其特性在光電應用具有巨大的潛力，特別是光電探測器與太陽能電池。

光電探測器（Photodetector）：現已被廣泛應用於工業電子、電子通訊和醫療保健等領域。半導體光電探測器又被稱為光電二極體，由於檢測速度快、效率高、尺寸小而被大量用於光通訊系統。光電探測器的原理是透過偵測光或電磁輻射，並將其轉換為電訊號。

鈣鈦礦／TMD異質結構的優秀載劉子遷移率與光吸收能力，使其作為光電探測器材料的不二人選。

太陽能電池（Photovoltaic cell）：TMD已被用作獨立的電荷傳輸層，或鈣鈦礦太陽能電池的互補中間層。除了憑藉其高載流子遷移率以實現更有效的電荷傳輸外，TMD作為緩衝層，還可以防止鈣鈦礦與其他摻雜物接觸所導致的降解，並更好地控制生成無缺陷的鈣鈦礦薄膜結晶。這不只大大提高了太陽能電池的效率與穩定性，並進一步提供了製造大面積鈣鈦礦電池商業化的機會。

未來展望

作為下一代顯示器與光電設備最具潛力的兩種材料，TMD和鈣鈦礦的相結合展現了巨大的潛力與優勢。儘管如此，目前鈣鈦礦／TMD所製造的光電探測器速度較低，仍然需要創新與優化來改進其性能。

對於太陽能電池而言，TMD具有鈍化鈣鈦礦表面與介面上的缺陷基團與原子的能力；不僅在電流密度方面，還可以在開路電位等其他光伏參數方面方面提高太陽能電池效率，是非常具有前景的材料。

資料來源：OEJournal

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