2D layered BP/InSe and BP/Janus In2SeX (X = S or Te) type-II van der Waals heterostructures for photovoltaics: insight from first-principles calculations

异质结 杰纳斯 光伏 单层 范德瓦尔斯力 偶极子 材料科学 电场 激子 光电子学 纳米技术 光伏系统 凝聚态物理 化学 物理 分子 量子力学 生物 有机化学 生态学
作者
Kai Cheng,Jinke Xu,Xu Guo,San‐Dong Guo,Yan Su
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (26): 17360-17369 被引量:7
标识
DOI:10.1039/d3cp01290e
摘要

Constructing van der Waals (vdW) heterostructures provides an effective and feasible method for 2D materials to improve their properties and extend their possible applications. Using first-principles calculations, we explored the atomic and electronic structures of Janus In2SeX (X = S or Te) and revealed the existence of a vertical internal intrinsic electric field in these Janus monolayers. Then, we stacked the pristine InSe and Janus In2SeX (X = S or Te) with black phosphorus (BP) vertically to construct vdW heterostructures with a mismatch of less than 5% and systematically investigated their interface atomic structures and possible applications in photovoltaics. The calculation results reveal that the constructed vdW heterostructures can be synthesized experimentally, and the type-II band alignment can be found in all vdW heterostructures, which is independent of the internal electric field of Janus monolayers, the built-in dipole at the interface between two domains, and the number of layers. In addition, the vdW heterostructures show stronger light absorption compared to monolayer individuals, and the type-II band alignment can help the photo-excited carriers to separate and achieve an excellent photovoltaic power conversion efficiency of up to about 21% in these heterostructures. These extraordinary results suggest that these vdW heterostructures have great potential for more efficient solar photovoltaic applications.
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