Ultrafast interfacial charge transfer and superior photoelectric conversion properties in one-dimensional Janus-MoSSe/ WSe2 van der Waals heterostructures

电负性 异质结 光电效应 杰纳斯 材料科学 范德瓦尔斯力 能量转换效率 凝聚态物理 物理 纳米技术 光电子学 量子力学 分子
作者
Biao Cai,Jianing Tan,Long Zhang,Degao Xu,Jiansheng Dong,Gang Ouyang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:108 (4) 被引量:15
标识
DOI:10.1103/physrevb.108.045416
摘要

One-dimensional (1D) van der Waals (vdW) heterostructures have attracted great attention due to their excellent photoelectric properties which potentially serve as key components for next-generation optoelectronic devices. However, investigations on the photoelectric conversion properties in 1D vdW heterostructures are still in the rudimentary stage. Addressing the mechanism of the role of flexoelectricity in nanotubes and electronegativity difference of Janus materials on photoelectric properties remains challenging. In this paper, we investigate the flexoelectric effect and electronegativity difference on the photoelectric properties of 1D Janus-MoSSe/${\mathrm{WSe}}_{2}$ vdW heterostructures and assess their potential for solar cells through the atomic-bond-relaxation approach combined with ab initio nonadiabatic molecular dynamics simulations. We find that a 1D MoSSe/${\mathrm{WSe}}_{2}$ vdW heterostructure with $\mathit{AB}1$ stacking configuration exhibits ultrafast interfacial charge transfer and superior photoelectric conversion properties owing to the beneficial effects of flexoelectricity and electronegativity difference. Specifically, the photogenerated electron (hole) transfer in the 1D MoSSe/${\mathrm{WSe}}_{2}$ system occurs quickly, within 55 (17) fs. Moreover, the optimal power conversion efficiency of 1D MoSSe/${\mathrm{WSe}}_{2}$ vdW heterostructure-based solar cells can reach up to 6.25%, which is significantly higher than those of 1D ${\mathrm{MoS}}_{2}/{\mathrm{WSe}}_{2}$ (5.45%) and 2D MoSSe/${\mathrm{WSe}}_{2}$ (1.94%). In this paper, we provide an effective strategy for the development of high-efficiency solar cells.
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