体光伏效应是非中心对称体系在无外加偏压下产生直流光电流的一类非线性光电响应，位移电流是其重要微观机制。由于其本征非平衡输运特性，体光伏效应被认为具有突破Shockley-Queisser极限的潜力，在光能转换和自供能光电子器件等领域受到广泛关注。迄今，实验上可观测的显著体光伏响应主要集中于铁电氧化物、极性半导体等少数体系。近年来，基于范德华异质结的界面工程为局域调控晶体对称性、拓展体光伏材料体系提供了新路径。然而，范德华异质结中的自发电荷转移和层间电子杂化往往使多种光响应机制共存，界面、层内与层间贡献难以区分，制约了对界面体光伏效应的机理解析与性能优化。
近日，复旦大学张成团队与复旦大学褚维斌团队、华东师范大学袁翔团队及中科院上海技术物理研究所胡伟达团队等单位的研究人员合作，在十字形MoS2/Ta2NiSe5范德华异质结中观测到由界面对称性破缺驱动的显著体光伏效应。研究团队利用Ta2NiSe5的强面内各向异性，将其与MoS2垂直堆叠。异质结中重叠区域的界面对称性降低，产生净面内极化，产生非零的面内位移电流响应，器件沿Ta2NiSe5通道的短路光电流密度达到247 A/cm2，体光伏系数达到0.99 V-1。借助多端口器件结构，研究团队进一步分离了异质结中不同的光响应通道，并实现了背栅电压与层间垂直电压对体光伏响应的协同调控。
图1. a，器件结构及测试构型；b，背栅电压与层间垂直电压对光电响应的协同调控；c，不同体光伏体系的性能对比。
为探究体光伏效应与其他结区光伏响应的来源，研究团队利用十字形器件提供的多组独立电学端口，对不同载流子输运通道进行了测量。沿Ta2NiSe5两端测量时，零偏压光电压仅分布在MoS2/Ta2NiSe5重叠区域，且与金属电极接触位置无明显关联，表明该信号源于界面对称性破缺产生的面内体光伏效应。
连接MoS2与Ta2NiSe5端口进行层间测量时，器件表现出明显的整流特性，揭示了电子由MoS2向Ta2NiSe5转移所形成的垂直内建电场。沿MoS2两端测量时，界面电荷转移使重叠区域的电子浓度降低，在MoS2层内形成N-N--N型载流子浓度分布，并在两个N/N-边界处产生方向相反的横向内建电场。扫描光电压信号在两个边界处呈现极性反转，表明光生载流子受到横向内建电场驱动而发生双向分离。上述多端口测量有效解耦了界面面内体光伏响应、层间垂直结光伏响应以及MoS2层内横向结光伏响应。
图2. a-b，界面体光伏光效应；c-e，MoS2/Ta2NiSe5界面自发电荷转移产生的垂直异质结；f-h，MoS2层内N-N--N型载流子浓度分布产生的横向内建电场。
在此基础上，研究团队利用背栅电压调节底层MoS2的载流子浓度和界面静电环境，并通过层间垂直电压重塑界面内建电场及势垒。在背栅电压、层间垂直电压协同调控下，同时改善界面体光伏响应的产生条件和信号收集效率，体光伏效应的开路光电压提升约10倍。该研究为在复杂范德华异质结中识别和优化界面体光伏效应提供了清晰的实验路径，也表明材料对称性、能带结构、器件构型与外场调控的协同设计，是获得高性能体光伏效应的重要途径。
相关成果以《Giant bulk photovoltaic effect driven by interfacial symmetry breaking in MoS2/Ta2NiSe5 heterostructures》为题，发表于《自然-通讯》 (Nature Communications)。复旦大学博士生马健文、博士后冷鹏亮和彭磊为共同第一作者；复旦大学张成研究员、褚维斌研究员、华东师范大学袁翔教授和复旦大学冷鹏亮博士为论文共同通讯作者。中科院上海技术物理研究所胡伟达、王鹏、罗敏，复旦大学石武、向都等老师对课题提供了大力支持和帮助。
本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市基础研究特区计划、上海启源青年学者和中国科学院上海技术物理研究所科教融合创新项目等项目支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76804-w
