Self-Powered Photodetector with High Efficiency and Polarization Sensitivity Enabled by WSe2/Ta2NiSe5/WSe2 van der Waals Dual Heterojunction

光电探测器 材料科学 量子效率 异质结 光电子学 范德瓦尔斯力 能量转换效率 小型化 极化(电化学) 纳米技术 物理 分子 量子力学 物理化学 化学
作者
Tao Zheng,Mengmeng Yang,Yuan Pan,Zhaoqiang Zheng,Yiming Sun,Ling Li,Nengjie Huo,Dongxiang Luo,Wei Gao,Jingbo Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (24): 29363-29374 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsami.3c04147
摘要

Self-powered photodetectors have triggered widespread attention because of the requirement of Internet of Things (IoT) application and low power consumption. However, it is challenging to simultaneously implement miniaturization, high quantum efficiency, and multifunctionalization. Here, we report a high-efficiency and polarization-sensitive photodetector enabled by two-dimensional (2D) WSe2/Ta2NiSe5/WSe2 van der Waals (vdW) dual heterojunctions (DHJ) along with a sandwich-like electrode pair. On account of enhanced light collection efficiency and two opposite built-in electric fields at the hetero-interfaces, the DHJ device achieves not only a broadband spectral response of 400-1550 nm but outstanding performance under 635 nm light illumination including an ultrahigh external quantum efficiency (EQE) of 85.5%, a pronounced power conversion efficiency (PCE) of 1.9%, and a fast response speed of 420/640 μs, which is much better than that of the WSe2/Ta2NiSe5 single heterojunction (SHJ). Significantly, based on the strong in-plane anisotropy of 2D Ta2NiSe5 nanosheets, the DHJ device shows competitive polarization sensitivities of 13.9 and 14.8 under 635 and 808 nm light, respectively. Furthermore, an excellent self-powered visible imaging capability based on the DHJ device is demonstrated. These results pave a promising platform for realizing self-powered photodetectors with high performance and multifunctionality.
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