Light‐Induced Bipolar Photoresponse with Amplified Photocurrents in an Electrolyte‐Assisted Bipolar p–n Junction

材料科学 光电子学 同质结 纳米线 电解质 分解水 整改 纳米技术 异质结 电极 电压 化学 物理化学 量子力学 物理 生物化学 光催化 催化作用
作者
Shi Fang,Liuan Li,Weiyi Wang,Wei Chen,Danhao Wang,Yang Kang,Xin Liu,Hongfeng Jia,Yuanmin Luo,Huabin Yu,Muhammad Hunain Memon,Wei Hu,Boon S. Ooi,Jr‐Hau He,Haiding Sun
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (28) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/adma.202300911
摘要

The p-n junction with bipolar characteristics sets the fundamental unit to build electronics while its unique rectification behavior constrains the degree of carrier tunability for expanded functionalities. Herein, a bipolar-junction photoelectrode employed with a gallium nitride (GaN) p-n homojunction nanowire array that operates in electrolyte is reported, demonstrating bipolar photoresponse controlled by different wavelengths of light. Significantly, with rational decoration of a ruthenium oxides (RuOx ) layer on nanowires guided by theoretical modeling, the resulting RuOx /p-n GaN photoelectrode exhibits unambiguously boosted bipolar photoresponse by an enhancement of 775% and 3000% for positive and negative photocurrents, respectively, compared to the pristine nanowires. The loading of the RuOx layer on nanowire surface optimizes surface band bending, which facilitates charge transfer across the GaN/electrolyte interface, meanwhile promoting the efficiency of redox reaction for both hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction which corresponds to the negative and positive photocurrents, respectively. Finally, a dual-channel optical communication system incorporated with such photoelectrode is constructed with using only one photoelectrode to decode dual-band signals with encrypted property. The proposed bipolar device architecture presents a viable route to manipulate the carrier dynamics for the development of a plethora of multifunctional optoelectronic devices for future sensing, communication, and imaging systems.
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