InSe:Ge-doped InSe van der Waals heterostructure to enhance photogenerated carrier separation for self-powered photoelectrochemical-type photodetectors

光电探测器 异质结 范德瓦尔斯力 光电流 兴奋剂 材料科学 光电子学 响应度 载流子 肖特基势垒 带材弯曲 电子迁移率 化学 二极管 分子 有机化学
作者
Liping Liao,Bing Wu,Evgeniya Kovalska,Filipa M. Oliveira,Jalal Azadmanjiri,Vlastimil Mazánek,Lukáš Valdman,Lucie Spejchalová,Cunyun Xu,Petr Levinský,J. Hejtmánek,Zdeněk Sofer
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (14): 5412-5424 被引量:18
标识
DOI:10.1039/d1nr07150e
摘要

Two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) materials with tunable heterostructures and superior optoelectronic properties have opened a new platform for various applications, e.g., field-effect transistors, ultrasensitive photodetectors and photocatalysts. In this work, an InSe/InSe(Ge) (germanium doped InSe) vdW heterostructure is designed to improve the photoresponse performance of sole InSe in a photoelectrochemical (PEC)-type photodetector. Photoelectrochemical measurements demonstrated that this heterostructure has excellent photoresponse characteristics, including a photocurrent density of 9.8 μA cm-2, a photo-responsivity of 64 μA W-1, and a response time/recovery time of 0.128 s/0.1 s. Moreover, the measurements also revealed the self-powering capability and long-term cycling stability of this heterostructure. The electronic properties of the prepared pure and Ge-doped single crystals unveiled a negative and temperature-independent thermoelectric power and temperature-activated resistivity. The negative character of dominating charge carriers was confirmed by Hall measurements, which corroborated by electrical resistivity revealed a carrier concentration below ∼1015 cm-3 and an electron mobility of ∼500 cm2 V-1 s-1 in Ge-doped crystals. Additionally, the Mott-Schottky model explored the mechanism of charge transfer and enhanced PEC performance. Band bending at the InSe/InSe(Ge)-electrolyte interface benefits the separation and transformation of photogenerated carriers from the heterostructure to electrolyte due to the tunable energy band alignment. These results indicate that the InSe/InSe(Ge) vdW heterostructure is promising for PEC-type photodetectors, which provide a novel way to utilize 2D vdW heterostructures in optoelectronics.
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