High efficiency and fast van der Waals hetero-photodiodes with a unilateral depletion region

光电二极管 光伏系统 量子效率 光电子学 耗尽区 材料科学 范德瓦尔斯力 能量转换效率 开路电压 电压 物理 半导体 电气工程 分子 量子力学 工程类
作者
Feng Wu,Qing Li,Peng Wang,Hui Xia,Zhen Wang,Yang Wang,Man Luo,Long Chen,Fansheng Chen,Jinshui Miao,Xiaohong Chen,Wei Lü,Chongxin Shan,Anlian Pan,Xing Wu,Wencai Ren,Deep Jariwala,Weida Hu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:273
标识
DOI:10.1038/s41467-019-12707-3
摘要

Abstract Van der Waals (vdW) heterodiodes based on two-dimensional (2D) materials have shown tremendous potential in photovoltaic detectors and solar cells. However, such 2D photovoltaic devices are limited by low quantum efficiencies due to the severe interface recombination and the inefficient contacts. Here, we report an efficient MoS 2 /AsP vdW hetero-photodiode utilizing a unilateral depletion region band design and a narrow bandgap AsP as an effective carrier selective contact. The unilateral depletion region is verified via both the Fermi level and the infrared response measurements. The device demonstrates a pronounced photovoltaic behavior with a short-circuit current of 1.3 μA and a large open-circuit voltage of 0.61 V under visible light illumination. Especially, a high external quantum efficiency of 71%, a record high power conversion efficiency of 9% and a fast response time of 9 μs are achieved. Our work suggests an effective scheme to design high-performance photovoltaic devices assembled by 2D materials.
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