二次元半導体ヘテロ界面における磁気バルク光起電力効果の実証~量子力学的な効果を利用した太陽電池デバイスへの新たな設計指針~

ad

2025-06-02 京都大学

京都大学エネルギー科学研究科とエネルギー理工学研究所の研究チームは、二次元半導体と磁気層状物質を組み合わせたヘテロ界面において、磁気バルク光起電力効果を実証しました。この効果は、従来のp-n接合型太陽電池の限界を超える可能性を持つ量子力学的現象であり、磁性状態によって光電流が増幅されることを確認しました。本研究は、次世代の高効率太陽電池デバイス設計に新たな指針を提供するものです。成果は2025年5月24日に「Nature Communications」に掲載されました。

二次元半導体ヘテロ界面における磁気バルク光起電力効果の実証~量子力学的な効果を利用した太陽電池デバイスへの新たな設計指針~
観測に成功した磁気バルク光起電力効果とそのデバイスのイメージ図

<関連情報>

P対称性とT対称性が破れた単層半導体と層状磁性体のヘテロ界面における非線形光起電力効果 Nonlinear photovoltaic effects in monolayer semiconductor and layered magnetic material hetero-interface with P– and T-symmetry broken system

Shuichi Asada,Keisuke Shinokita,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi & Kazunari Matsuda
Nature Communications  Published:24 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-58918-9

Abstract

Stacking two non-polar materials with different inversion- and rotational-symmetries shows unique nonlinear photovoltaic properties, with potential applications such as in next generation solar-cells. These nonlinear photocurrent properties could be further extended with broken time reversal symmetry present in magnetic materials, however, the combination of time reversal and rotation symmetry breaking has not been fully explored. Herein, we investigate the nonlinear photovoltaic responses in van der Waals heterostructure compromising of monolayer semiconductor and layered magnetic material, MoS2/CrPS4; a system with broken P– and T-symmetry. We clearly observe the finite spontaneous photocurrent as shift current at the interface of the MoS2/CrPS4 heterostructure. Moreover, we demonstrate that the spontaneous photocurrent drastically changes according to the magnetic phases of CrPS4. The magnetic phase dependent spontaneous nonlinear photocurrent provides a platform for studying nonlinear photoresponses in systems with broken P– and T-symmetry, and the potential development of magnetic controllable photovoltaic devices.

0402電気応用
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました