Type‐I Energy Level Alignment at the PTCDA—Monolayer MoS2 Interface Promotes Resonance Energy Transfer and Luminescence Enhancement

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作者
Soohyung Park,Niklas Mutz,Sergey A. Kovalenko,Thorsten Schultz,Dongguen Shin,Areej Aljarb,Lain‐Jong Li,Vincent Tung,Patrick Amsalem,Emil List,Julia Stähler,Xiaomin Xu,S. Blumstengel,Norbert Koch
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:8 (12) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/advs.202100215
摘要

Van der Waals heterostructures consisting of 2D semiconductors and conjugated molecules are of increasing interest because of the prospect of a synergistic enhancement of (opto)electronic properties. In particular, perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA) on monolayer (ML)-MoS2 has been identified as promising candidate and a staggered type-II energy level alignment and excited state interfacial charge transfer have been proposed. In contrast, it is here found with inverse and direct angle resolved photoelectron spectroscopy that PTCDA/ML-MoS2 supported by insulating sapphire exhibits a straddling type-I level alignment, with PTCDA having the wider energy gap. Photoluminescence (PL) and sub-picosecond transient absorption measurements reveal that resonance energy transfer, i.e., electron-hole pair (exciton) transfer, from PTCDA to ML-MoS2 occurs on a sub-picosecond time scale. This gives rise to an enhanced PL yield from ML-MoS2 in the heterostructure and an according overall modulation of the photoresponse. These results underpin the importance of a precise knowledge of the interfacial electronic structure in order to understand excited state dynamics and to devise reliable design strategies for optimized optoelectronic functionality in van der Waals heterostructures.

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