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拓扑绝缘体Bi2Te3/Si薄膜光电特性

   

利用化学气相沉积方法在P型硅基片生长了N型拓扑绝缘体Bi2Te3薄膜,研究了硅基片与薄膜形成PN结的光伏效应。研究不同表面粗糙度的薄膜,发现组成薄膜的纳米片越大且薄膜表面粗糙度小,所形成异质结表现的PN结特性越明显。发现制备的碲化铋薄膜和硅基片形成的PN结材料,由于PN结性质不同,碲化铋薄膜同时具有光伏特性和光电效应。以氙灯模拟光源,研究其在可以控制的波长或光强度下,碲化铋薄膜的光响应特性,发现该PN结材料在400纳米到1200纳米波段都有响应,而且900-1000纳米响应最为显著。PN结现象越显著的材料,光伏特性越明显,反之,PN结弱的碲化铋薄膜,光电效应则显著。在1000纳米光波长时,得到短路电流和开路电压分别为19.2微安和235毫伏。PN结材料在紫外、可见及近红外波段具有强的光电转化能力,可以应用于光电/光伏电池和光敏器件。相关数据发表在Nano Research 10 (2017) 1872-1879.

 

Fig. (a) SEM image of Bi2Te3 film formed by triangle nanoplate, (b) Schematic of n-Bi2Te3/p-Si junction structure for measuring photovoltaic effects. (c) The I-V characteristics of the junction under illumination with λ=1000nm.

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