北京大学物理学院量子材料科学中心王恩哥院士、凝聚态物理与材料物理研究所刘开辉教授、洪浩特聘副研究员、刘畅特聘副研究员与合作者在二维极性材料自发光伏领域取得重要进展。研究团队成功制备了高质量双面神极性二维材料MoSSe并构建了自发光伏光电探测器，可以实现高效（3 mA/W）、超快（50 ps）的光电流探测，是目前最薄的自发光伏器件。双面神极性二维材料自发光伏光电探测器有望在新一代高性能、高集成度以及柔性光伏和光电子器件领域带来重要应用。2025年1月9日，相关研究成果以“双面神MoSSe材料中的反常光伏效应”（Anomalous photovoltaics in Janus MoSSe monolayers）为题，在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

反常光伏效应是一种自发光伏效应，通常发生在中心反演对称性破缺的晶体材料中。与传统的光伏效应不同，反常光伏效应不需要p-n结来分离光生载流子，因此效率有望突破Shockley-Queisser极限。反常光伏效应通常较弱，通过减薄极性材料厚度可以促进光生载流子分离，增强材料内部的退极化电场，实现反常光伏效应的有效增强。二维材料具有原子级极限厚度，同时，通过表面修饰或者界面堆垛可以调控材料的对称性，是研究反常光伏效应的理想体系。

研究团队利用硫族单原子供应制造方法成功将二维过渡金属硫族化合物（MoS2）一侧的S原子进行选择性Se替换，合成了具有镜面对称性破缺和反演对称性破缺的双面神材料MoSSe。MoSSe是目前最薄的纵向自发极化材料，不需要精确控制多层结构和层间堆叠，在单层中即可产生显著的自发光伏效应。实验中，研究团队构建了石墨烯/MoSSe/石墨烯光电器件，器件的光响应高达3 mA/W，对应外量子效率约为1%，是目前单位厚度下最高光响应度的原型自发光伏器件。同时，MoSSe光电器件表现出超快的光电流响应，响应时间可达50 ps，带宽约11 GHz。本工作为二维自发光伏器件提供了全新的材料体系，将推动未来高频响、高集成的柔性光电器件和自驱动光电探测技术的发展。

刘畅，北京大学物理学院本科生梁天宇、博士生隋鑫，首都师范大学讲师杜乐娜为论文共同第一作者；王恩哥，刘开辉和洪浩为论文共同通讯作者。论文合作者还包括北京大学尹建波研究员、芬兰阿尔托大学孙志培教授等。

研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、腾讯基金会探索奖等相关项目及北京大学人工微结构与介观物理国家重点实验室、轻元素先进材料研究中心与松山湖材料实验室等的大力支持。