Van der Waals heterostructure of Bi2O2Se/MoTe2 for high-performance multifunctional devices

材料科学 响应度 范德瓦尔斯力 光电探测器 热离子发射 整改 异质结 二极管 光伏 比探测率 量子隧道 光电子学 光电效应 光伏系统 电子 电压 量子力学 电气工程 分子 化学 有机化学 工程类 物理
作者
Li Sun,Yongshan Xu,Tingting Yin,Rui Wan,Yanan Ma,Jun Su,Zhi Zhang,Nishuang Liu,Luying Li,Tianyou Zhai,Yihua Gao
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:119: 109047-109047 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.109047
摘要

Two-dimensional van der Waals heterostructures exhibit distinctive electronic and optoelectronic properties, making them promising structures for constructing advanced multifunctional devices. However, devices based on conventional charge-carrier transport mechanisms often perform only a single function, which limits its integration and performance. Here, we present a vertical van der Waals heterostructure made of Bi2O2Se and MoTe2, allowing it to act as high-performance backward diode, forward diode, photodetector and photovoltaic device at various working conditions. The applications are enabled by band-alignment switching between p–n heterostructure controlled by minority carrier diffusion and n–n heterostructure governed by the thermionic emission and tunneling-mediated processes. As a backward diode, the device displays a high reverse rectification ratio of 5.0 × 104. As a photodetector, the device demonstrates a broad spectral photoresponse ranging from ultraviolet (365 nm) to near-infrared (1050 nm). When irradiated by 532 nm laser, the photodetector shows a responsivity of up to 11.6 A/W and achieves quick response/recovery speed of 19.6/8.8 μs. As a photovoltaics device, an external quantum efficiency of 78% and a responsivity of 0.33 A/W are observed. This study showcases the potential for high-performance multifunctional devices utilizing Bi2O2Se/MoTe2 heterostructures and provides comprehensive insights into the designed band alignment and its applications.
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