Two-dimensional α-As/α-AsP van der Waals heterostructure for photovoltaic applications

异质结 范德瓦尔斯力 半导体 各向异性 带隙 直接和间接带隙 材料科学 光电子学 光电效应 电子能带结构 凝聚态物理 化学 光学 分子 物理 有机化学
作者
Yuliang Mao,Chuangqing Qin,Jing Wang,Jianmei Yuan
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d2cp01540d
摘要

On the basis of first-principles calculations, we constructed a two-dimensional (2D) α-As/α-AsP van der Waals heterostructure (vdWH) to study the structural stability, and electronic and optical properties. Our results show that the 2D α-As/α-AsP vdWH displays indirect semiconductor characteristics with a band gap of 0.86 eV. Furthermore, it exhibits anisotropic properties and a high light absorption coefficient of up to 106 cm-1 in the ultraviolet region. Our predicted photoelectric conversion efficiency (PCE) of the 2D α-As/α-AsP vdWH reaches 21.30%, which is higher than those of blue-AsP/CdSe (13%), GeSe/AsP (16%), and As/tetracyanonaphtho-quinodimethane (TCNNQ) (20%). By applying an in-plane strain in the range from -6% to 6%, the band structure of the 2D α-As/α-AsP vdWH can be effectively tuned. In particular, under a uniaxial strain of -2% along the x-axis (2% along the y-axis), a transition from indirect to direct in the band structure occurs, while when applying a biaxial strain of -4% a transition from a semiconductor to a metal can be realized. These results indicate that the 2D α-As/α-AsP vdWH has potential applications in optoelectronic devices and solar cells.
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