Polarization-modulated programmable photovoltaic performance of a designed ferroelectric heterojunction

异质结 光伏系统 材料科学 光电子学 光电流 铁电性 反常光电效应 肖特基势垒 肖特基二极管 光电效应 光电效应 带隙 极化(电化学) 能量转换效率 工程物理
作者
Meijiao Men,Zunyi Deng,Zijing Zhao,Lingchen Liu,Yuanyuan Cui,Shuaizhao Jin,Yiyang Xie,Xingan Jiang,Wuyang Ren,Jiawang Hong,Jiang Wu,Sang-Wook Cheong,Pengying Chang,Lili Wang,Xueyun Wang,Xiaolei Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-026-68853-y
摘要

Conventional photovoltaic devices based on PN or Schottky junctions are inherently constrained by the material band gap, resulting in limited photoelectric conversion efficiency. The van der Waals ferroelectric material CuInP2S6 offers strong potential for efficient photocurrent generation via bulk photovoltaic effect, while heterostructure engineering provides additional degrees of freedom for performance modulation. Yet, the specificity in asymmetric CuInP2S6 heterojunctions remains poorly understood. Here, we design and fabricate an asymmetric photovoltaic device, consisting of Pt/CuInP2S6/Graphene heterostructure. The ferroelectric photovoltaic effect couples with the Cu+ migration dynamics, which could be manipulated by asymmetric interface barriers. Remarkably, the photovoltaic current is increased by 10 times and exhibits a positive-negative switching through polarization modulation. The heterojunction device achieves on-demand photovoltaic programming for in-sensor computing tasks, including edge detection with recognition rate F-score ~ 1 and binary pattern classification with 100% accuracy, which provides new insights for next-generation visual technology. The authors design a Pt/CuInP2S6/graphene heterostructure that achieves polarity-switchable photovoltaic current modulated by ferroelectric polarization. This enables programmable in-sensor computing, achieving high-performance visual tasks.
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