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2022年学术进展系列之13:3044永利官网vip孙文红团队在自然指数(Nature Index)期刊《Applied Physics Letters》上发表重要成果并被选为“Editor's Pick”
2022-03-08 09:36  

近日,3044永利官网vip孙文红团队在Nature Index著名学术期刊《Applied Physics Letters》上发表了题为“A Cu/P-type GaN triboelectric nanogenerator with power density over 100 W/m2”的研究论文。该论文被编辑选为“Editor's Pick”文章,在APL官网首页加以重点展示(Editor's Picks serve to highlight articles with excellent scientific quality and are representative of the work taking place in a specific field)。

 

 

金属半导体直流摩擦电纳米发电机(MSDC-TENG)因其功率密度比传统发电机高102103倍而受到越来越多的关注。作为第三代半导体材料, GaN具有独特的光电特性。在本论文中,我们首先制备的新型Cu/GaN MSDC-TENG的性能并不令人满意(开路电压(Voc)~5.6 V短路电流(Isc)密度~0.5 A/m2)。随后我们用Mg2+离子掺杂GaN形成P型GaN,并通过调节P型GaN的载流子浓度来调节发电机的Isc密度。实验结果表明,随着载流子浓度的增加,Cu/GaN摩擦电纳米发电机的Voc从5.6 V增加到14.2 V,Isc密度增加了51倍(Isc密度从0.5 A/m2增加到25.5 A/m2)。我们的实验过程结合宽禁带半导体能带理论为MSDC-TENG的电流密度调节提供了一种崭新的思路。


GaN中载流子浓度的增加对输出电流有以下影响:(1)当载流子浓度增加时,流向界面的电子数增加,电子被界面反弹的概率增加,随着载流子浓度的增加,热电子的数量增加(2)耗尽区变薄(如下图),这导致内置电场增加,并加速热电子的流动(3)随着GaN中载流子浓度的增加,缺陷密度也增加,样品的表面粗糙度增加,GaN的表面结构受到更大程度的破坏,界面处有更多的断裂的结合见键,这增加了电子在界面处的反弹概率。


 

论文作者:校凯(博士生冯源(硕士生韦文旺(博士生彭逸(博士生陈志强(硕士生邓少东(硕士生王玉坤姚辉璐邓荐宇孙文红(通讯作者)

论文链接: https://doi.org/10.1063/5.0076658;

doi: 10.1063/5.0076658

 

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