Ultrafast-programmable two-dimensional p–n homojunction for high-performance photovoltaics and optoelectronics

同质结 材料科学 超短脉冲 光电子学 异质结 光伏 二硫化钼 光学 物理 电气工程 光伏系统 工程类 冶金 激光器
作者
Hao Wang,Wu Kang,Hui Guo,Hui Gao,Li Liu,Liangmei Wu,Jiancui Chen,Haitao Yang,Lihong Bao,Hongjun Gao
出处
期刊:2D materials [IOP Publishing]
卷期号:10 (3): 035019-035019 被引量:4
标识
DOI:10.1088/2053-1583/acd266
摘要

Abstract Two-dimensional (2D) materials are considered to be promising candidates for constructing revolutionary electronic devices. However, difficulties in controlling the polarity, concentration, and spatial distribution of charge carriers in 2D materials make the construction of 2D p–n junctions rather challenging. Here, we report the successful construction of ultrafast-programmable 2D p–n homojunctions with a semi-floating-gate configuration based on a vertically stacked molybdenum disulfide (MoS 2 )/hexagonal boron nitride/multilayer graphene van der Waals heterostructure. By partially electrostatically doping the MoS 2 channel under different control-gate voltage pulses, three types of 2D homojunctions, including p–n, n + –n, and n–n, can be constructed. The 2D p–n homojunction can be programmed at an ultrafast speed of within 160 ns and exhibits a large rectification ratio of ∼10 4 . Based on a modified Shockley equation, an ideality factor of ∼2.05 is extracted, indicating that the recombination process dominated the transport mechanism. The MoS 2 2D p–n homojunction shows a maximum electrical power conversion efficiency of up to 2.66% under a weak light power of 0.61 nW and a high photovoltage responsivity of 5.72 × 10 9 V W −1 . These results indicate that the ultrafast-programmable 2D p–n homojunction has great potential for use in high-performance photovoltaics and optoelectronics.

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