Integrating Graphene Enables Improved and Gate‐Tunable Photovoltaic Effect in Van der Waals Heterojunction

材料科学 石墨烯 光探测 光电子学 光伏系统 异质结 光电探测器 能量转换效率 小型化 范德瓦尔斯力 光电效应 纳米技术 电气工程 物理 量子力学 工程类 分子
作者
Zihao Liu,Kaixiang Shu,Yujue Yang,He Yu,Ying Huang,Wei Gao,Xin Zhang,Fu‐Gen Wu,Jingbo Li,Huafeng Dong,Nengjie Huo
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:11 (6) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adom.202202646
摘要

Abstract Van der Waals (vdW) heterojunction has emerged as promising building blocks for the next generation of optoelectronics, which can fulfill the increasing demands of miniaturization, high density of integration, and low power consumption. The photovoltaic effect is one of the crucial functions for fast photo‐detection and energy‐harvesting applications. Here, graphene is integrated into vdW WS 2 /WSe 2 heterojunction, the graphene can serve as electron and hole transport layers, boosting the collection efficiency of photo‐excited carriers and thus improving the photovoltaic effect. The graphene‐integrated device exhibits superior power‐conversion‐efficiency (PCE) up to 9.08%, one order of magnitude improvement compared to the device with metal‐WS 2 /WSe 2 ‐metal configuration. Moreover, the back gate has great modulation on its photovoltaic effect due to the large gate‐tunability of band bending at the interface. Operating as self‐driven photo‐diode, it also achieves outstanding photodetection performance with high photo‐switching ratio of 1 × 10 6 , high detectivity ( D *) of 2.66 × 10 12 Jones, and fast speed of 110 µs, all the parameters are improved by nearly one order of magnitude compared to the device without graphene integration. This work provides a universal approach by integrating graphene as vdW contact to significantly improve the photovoltaic effect and photodetection property toward highly efficient energy‐harvest and photodetector applications.
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