Band alignment of type-I SnS2/Bi2Se3 and type-II SnS2/Bi2Te3 van der Waals heterostructures for highly enhanced photoelectric responses

异质结 材料科学 光电子学 光电效应 光电流 X射线光电子能谱 化学气相沉积 光电探测器 物理 核磁共振
作者
Mingwei Luo,Chunhui Lu,Yuqi Liu,Taotao Han,Yanqing Ge,Yixuan Zhou,Xinlong Xu
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:65 (4): 1000-1011 被引量:34
标识
DOI:10.1007/s40843-021-1820-y
摘要

Heterostructures based on new advanced materials offer a cornerstone for future optoelectronic devices with improved photoelectric performance. Band alignment is crucial for understanding the mechanism of charge carrier transportation and interface dynamics in heterostructures. Herein, we grew SnS2/Bi2X3 (X = Se, Te) van der Waals heterostructures by combining physical vapor deposition with chemical vapor deposition. The band alignment, measured by high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy, suggested the successful design of type-I SnS2/Bi2Se3 and type-II SnS2/Bi2Te3 heterostructures. The SnS2/Bi2X3 heterostructure greatly improved the photoelectric response of a photoelectrochemical-type photodetector. The photocurrent densities in the type-I SnS2/Bi2Se3 and type-II SnS2/Bi2Te3 heterostructure-based devices were more than one order of magnitude higher than those of SnS2, Bi2Se3, and Bi2Te3. The improved photoelectric properties of the SnS2/Bi2X3 heterostructures can be explained as follows: (i) the photoexcited electrons and holes are effectively separated in the heterostructures; (ii) the charge-transfer efficiency and carrier density at the interface between the SnS2/Bi2X3 heterostructures and the electrolyte are greatly improved; (iii) the formed heterostructures expand the light absorption range. The photoelectric performance was further enhanced by efficient light trapping in the upright SnS2. The photoelectric response is higher in the type-I SnS2/Bi2Se3 heterostructure than in the type-II SnS2/Bi2Te3 heterostructure due to more efficient charge transportation at the type-I SnS2/Bi2Se3 heterostructure/electrolyte interface. These results suggest that suitable type-I and type-II heterostructures can be developed for high-performance photodetectors and other optoelectronic devices.
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