近期，该研究组博士生吴良妹（已毕业）和鲍丽宏副研究员等针对InSe和传统栅介质（如SiO2、Al2O3、HfO2等）的界面特性不兼容所诱导的额外载流子散射过程从而造成InSe的场效应晶体管的迁移率、开关比严重下降的关键科学问题，利用二维原子晶体异质结堆叠技术，将InSe作为沟道材料、六方氮化硼（h-BN）作为背栅、石墨 （graphite）作为栅电极，成功构筑了InSe/h-BN/graphite异质结。对该异质结进行高分辨扫描透射显微镜表征发现InSe与h-BN之间具有原子级锐利的界面特性（与中国科学院大学周武教授合作）。这一原子级锐利的界面特性极大的降低了载流子在沟道与栅介质界面处的散射，使得以该异质结作为核心单元构筑的场效应晶体管表现出高达1146 cm 2 /Vs的电子迁移率，~10 10 的电流开关比。进一步利用该异质结构筑的逻辑反相电路的电压增益高达93.4。利用二维原子晶体材料的良好的力学柔韧性，将该异质结放置于柔性衬底，在柔性衬底施加高达~2 %的应变时，相应的场效应晶体管的器件性能并没有发生明显退化，显示了该异质结在柔性电子学领域的潜在应用。以上结果以“InSe/h-BN/graphiete heterostructures for high-performance 2D electronics and flexible electronics”为题发表于 Nano Res. 13, 1127-1132 (2020)上。
基于InSe与h-BN间的原子级锐利界面特性，该研究组联合培养博士生刘丽和鲍丽宏副研究员等进一步利用有机透明铁电薄膜作为栅介质成功构筑了高性能InSe光电探测器。与传统栅介质相比，铁电栅介质具有极高的相对介电常数（~10 3 ），利用其自发极化特性，有望深度耗尽半导体沟道中的剩余载流子，从而极大的抑制光电探测器的暗电流，提高光电探测器的光开关比、光响应率等性能。他们使用透明铁电P（VDF-TrFE）共聚物薄膜作为顶栅介质、半透明铝膜作为顶栅电极、InSe作为沟道、h-BN作为衬底，制作了InSe光电探测器（图1）。
多层InSe沟道在铁电P（VDF-TrFE）调制下的转移曲线中存在一个~ 40 V的逆时针存储窗口，这是由铁电极化转换过程引起的。沟道电流（IDS）随着顶栅电压（Vtg）增加而增加，表明InSe沟道为典型的n型导电，电流的开/关比高达~10 8 （图2 a-b）。InSe 晶体管在铁电P（VDF-TrFE）薄膜三种极化状态调制下的输出特性表明载流子在极化向上状态下完全耗尽，其沟道电流IDS最小，使其暗电流低至~ 10 -14 A，而且沟道电流主要来自于光生载流子的贡献（图2c）。
而对于自然状态和极化向下状态，沟道电流不仅来源于光激发载流子，热离子/隧穿载流子也有很大的贡献（图3）。
图3. 零栅极电压下，多层InSe光电晶体管在铁电P（VDF-TrFE）层的三种极化状态下的光响应特性。（a-c）在VDS = 0 V下具有三种不同铁电极化状态的InSe光电晶体管的截面图。（d-f）在三种状态下，黑暗和光照时光电晶体管的IDS-VDS特性。（g-i）铁电栅控的InSe光电探测器在三种状态下的光开关特性。
铁电顶栅处于极化向上状态时，光电流Iph与激光功率之间呈幂律关系：Iph P0.44，表明光生载流子的效率与吸收的光子通量非线性相关，也反映了复合过程（陷阱态）所产生的光生载流子的损耗。在激光功率0.04 mW/cm -2 下，光响应率高达14250 AW -1 ，探测率高达1.63 1013 Jones，比之前的文献报道提高了两个数量级。InSe光电探测器的光电流开关的上升时间（tr）和下降时间（tf）分别为600 μs和1.2 ms，均优于之前报道的基于其他二维原子晶体的铁电栅控光电探测器（图4）。
该工作提出了一种利用铁电栅介质来调控二维原子晶体光晶体管的载流子电子输运的新方法，有效抑制了其暗电流，成功解决了当前二维原子晶体光探测器的光开关比和光响应率小的瓶颈问题，为未来基于二维原子晶体光电探测器的开发提供了一条新途径。
相关结果以“Ferroelectric-Gated InSe Photodetectors with High On/Off Ratios and Photoresponsivity”为题发表在Nano Lett. 20, 6666-6673 (2020)上。刘丽（湖南大学联合培养博士生）为第一作者，鲍丽宏副研究员和湖南大学秦志辉教授为共同联系作者。该工作的合作者包括美国Vanderbilt University的Sokrates T. Pantelides教授等。该工作得到了 科技 部、基金委以及中国科学院的资助。
原理：
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。
光—热—电转换：
光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。
前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。
一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
光—电直接转换：
太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体(如太阳)辐射出不同波长(对应于不同频率)的电磁波， 如红外线、紫外线、可见光等等。
当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。
但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时，电流才能产生。
能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关，譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV，因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光电效应。
太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。
其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率，在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0%，多晶硅电池效率为20.4%，CIGS薄膜电池效率达19.6%，CdTe薄膜电池效率达16.7%，非晶硅（无定形硅）薄膜电池的效率为10.1%
太阳电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个空穴(P型半导体少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)。
与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流，所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子和空穴的对流，这些电子和空穴均会受到内建电位的影响，分别被N型及P型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来，形成一个回路，这就是太阳电池发电的原理。
简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收0.4μm～1.1μm波长(针对硅晶)的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。
扩展资料：
太阳能电池的基本特性有太阳能电池的极性、太阳电池的性能参数、太阳能电环保电池的伏安特性三个基本特性。具体解释如下
1、太阳能电池的极性
硅太阳能电池的一般制成P+/N型结构或N+/P型结构，P+和N+，表示太阳能电池正面光照层半导体材料的导电类型N和P，表示太阳能电池背面衬底半导体材料的导电类型。太阳能电池的电性能与制造电池所用半导体材料的特性有关。
2、太阳电池的性能参数
太阳电池的性能参数由开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子、转换效率等组成。这些参数是衡量太阳能电池性能好坏的标志。
3 太阳能电池的伏安特性
P-N结太阳能电池包含一个形成于表面的浅P-N结、一个条状及指状的正面欧姆接触、一个涵盖整个背部表面的背面欧姆接触以及一层在正面的抗反射层。
当电池暴露于太阳光谱时，能量小于禁带宽度Eg的光子对电池输出并无贡献。能量大于禁带宽度Eg的光子才会对电池输出贡献能量Eg，小于Eg的能量则会以热的形式消耗掉。因此，在太阳能电池的设计和制造过程中，必须考虑这部分热量对电池稳定性、寿命等的影响。
参考资料：百度百科-----太阳能电池
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