半导体光伏结构因其可以有用地将太阳能转化为电能，被认为是完成清洁动力的重要途径。但是早在1961年，美国科学家肖克莱、德国科学家凯赛尔便提出光伏单元的功率因为难以避免的损耗而存在理论极限。其间，因为光子吸收和再辐射导致的自发辐射损耗最为要害，这种损耗正比于自发辐射立体角和太阳光立体角的比值。太阳光的立体角仅为6x10-5球面度，而自发辐射的立体角为4π球面度。这种损耗使得传统光伏单元的开路电压下降300毫伏以上，极大下降了光伏单元的功率。
近年来，新式的二维层状半导体资料因其可经过厚度改变调控能带结构，一起经过共同的范德瓦耳斯结构完成灵敏的异质集成功能规划、构筑高功率的光伏单元，而成为当时的研讨热门。其间的要害科学问题是怎么有用操控自发辐射丢失，然后进步光伏单元的光吸收功率。此外，根据二维资料异质结光伏单元的功率极限及其比较于传统半导体光伏结构是否有优势尚不清晰。
针对上述问题，贵州民族大学教授刘江涛和中国科学院微电子研讨所研讨员吴振华展开了系列理论研讨，提出了使用单层二硫化钼构筑准一维光子晶体结构完成光子局域态的计划，并经过搬运矩阵办法证明了该结构的光发射和吸收功率较单层二硫化钼提高2~3个量级[Scientific Reports, 7:16391, (2017)]，证明了经过金属微腔可完成二维光伏单元的宽光谱增强吸收[Nanotechnology, 29:14401 (2018)]。
最近联合研讨团队提出了一种将二维资料异质结与契型金属微腔结合的新式光伏单元规划的详细计划（如图所示）。该计划在极大增强二维异质光伏单元光吸收的一起，有用下降自发辐射立体角以及自发辐射立体角和太阳光立体角的比值，然后下降光子吸收和再辐射导致的损耗。理论核算证明，新式光伏单元吸收功率极限大约为传统光伏器材的1.1X倍。在此基础上，团队进一步提出了经过易于集成的一般光聚集体系进行优化的计划，优化后的吸收功率可到达传统光伏单元在完美聚集理论假设下的功能水平。因为自发辐射丢失跟着光伏单元厚度添加而添加，该研讨根据二维资料的规划是当时趋于极限厚度的最佳计划。未来，技能成熟后新式二维光伏单元有望替代传统半导体光伏单元，具有广泛应用远景。该项研讨工作近期发表于Phys.Rev.Appl., 12:034023,（2019）。
新式二维异质结构光伏单元示意图及吸收功率基准参照
来历：中国科学院微电子研讨所
