Approaching the External Quantum Efficiency Limit in 2D Photovoltaic Devices

光伏系统 材料科学 量子效率 能量转换效率 范德瓦尔斯力 光电子学 纳米技术 物理 电气工程 分子 量子力学 工程类
作者
Haoyun Wang,Wei Wang,Yongle Zhong,Dongyan Li,Zexin Li,Xiang Xu,Xingyu Song,Yunxin Chen,Pu Huang,Anyi Mei,Hongwei Han,Tianyou Zhai,Xing Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (39) 被引量:41
标识
DOI:10.1002/adma.202206122
摘要

2D transition metal dichalcogenides (TMDs) are promising candidates for realizing ultrathin and high-performance photovoltaic devices. However, the external quantum efficiency (EQE) and power conversion efficiency (PCE) of most 2D photovoltaic devices face great challenges in exceeding 50% and 3%, respectively, due to the low efficiency of photocarrier separation and collection. Here, this study demonstrates photovoltaic devices with defect-free interface and recombination-free channel based on 2D WS2 , showing high EQE of 92% approaching the theoretical limit and high PCE of 5.0%. The high performances are attributed to the van der Waals metal contact without interface defects and Fermi-level pinning, and the fully depleted channel without photocarrier recombination, leading to intrinsic photocarrier separation and collection with high efficiency. Furthermore, this study demonstrates that the strategy can be extended to other TMDs such as MoSe2 and WSe2 with EQE of 92% and 94%, respectively. This work proposes a universal strategy for building high-performance 2D photovoltaic devices. The nearly ideal EQE provides great potential for PCE approaching the Shockley-Queisser limit.
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