Type-II Ga2SeTe/AlAs heterostructure: excellent optoelectronic properties for photocatalytic water splitting and solar cells

异质结 材料科学 光电子学 带隙 分解水 光电效应 半导体 光伏系统 载流子 能量转换效率 吸收(声学) 光催化分解水 直接和间接带隙 单层 光催化 电子能带结构 聚合物太阳能电池 耗尽区 量子效率 p-n结 宽禁带半导体 混合太阳能电池
作者
Gang Guo,Yongcheng Chen,Gencai Guo,Ping Li
出处
期刊:Solar Energy [Elsevier BV]
卷期号:304: 114203-114203 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.solener.2025.114203
摘要

• Janus-Ga 2 SeTe/DLHS-AlAs heterojunction exhibits a moderate band gap of 1.73 eV with a type-II band arrangement. • Janus-Ga 2 SeTe/DLHS-AlAs heterojunction has potential application for photocatalytic water splitting. • High solar-to-hydrogen efficiency of 36.06 % is obtained in Janus-Ga 2 SeTe/DLHS-AlAs heterojunction under 2% biaxial strain. • The photoelectric conversion efficiency of the heterojunction is as high as 18.75%. Two-dimensional (2D) semiconductors have become a research hotspot in photovoltaic field because of their remarkable photoelectric properties. However, the rapid recombination of photogenerated charge carriers imposes a critical constraint on the optoelectronic efficiency. In this study, a type-II heterostructure consisting of Janus Ga 2 SeTe (Janus-Ga 2 SeTe) monolayer and AlAs monolayer with a double layer hexagonal structure (DLHS-AlAs) is systematically designed to enable efficient spatial separation of photogenerated carriers, ultimately enhancing optoelectronic performance as demonstrated by first-principles calculations. Our calculations indicate that Janus-Ga 2 SeTe/DLHS-AlAs heterostructure displays excellent stability and semiconducting character, showing a moderate bandgap and a distinct type-II band arrangement. It exhibits high visible-light absorption and water-splitting-compatible band alignment. Moreover, the system achieves notable solar-to-hydrogen conversion efficiency (26.64 %) and power conversion efficiency (18.75 %). Continuous bandgap control (0.67–1.75 eV) and reversible type-I/II switching are achieved via biaxial strain. Meanwhile, strain regulation (−2% to 2 %) optimizes light absorption while maintaining band positions suitable for water splitting, yielding a maximum STH efficiency of 36.06 % at 2 % strain. These results emphasize the material’s dual applicability in photocatalytic water splitting and solar cells.
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