随着下一代半导体光电器件向小型化、高性能、高集成化方向发展，传统的块状材料正面临着巨大的挑战。石墨烯的发现为二维材料的研究和应用打开了大门。官方manbetx手机版除石墨烯外，过渡金属二硫族化合物(TMDs)因其合适的带隙、高载流子迁移率和强光-物质相互作用而备受关注。无悬键表面和弱层间相互作用使得使用任意组合的二维材料构建范德华异质结构成为可能。基于tmd的VdW异质结构在电子、光电、能源等领域显示出巨大的应用潜力。然而，本征TMDs vdW异质结构的高电阻、低可见光灵敏度和强层间复合导致其功率转换效率(PCE)较低。特别是，界面处的高载流子复合是光伏应用的主要障碍。

图1所示。(a)有无h-BN插入层时MoS2/WSe2的J-V特性，(b) MoS2/h-BN/WSe2的能带图示意图。

在界面处插入合适的绝缘体形成典型的半导体-绝缘体-半导体(SIS)结构是提高vdW异质结构PCE的有效途径。在这种情况下，绝缘子可以平衡载流子注入，减少泄漏电流，抑制层间复合。此外，SIS异质结构可以提供显着的好处，如微小的耗尽区和低暗电流。此外，随着插层绝缘子厚度的增加，SIS vdW异质结构的PCE可以进一步提高。但是，当绝缘子厚度大于临界厚度时，绝缘层将阻碍载流子的分离和收集。因此，绝缘体层的最佳厚度对载流子复合和分离的平衡至关重要。

在这项工作中，我们建立了MoS的厚度和带偏移以及光电特性之间的理论模型₂/ h-BN WSe₂并阐明了嵌入h-BN对界面载流子聚集和复合的影响。我们发现了MoS的光电性质₂/ h-BN WSe₂与MoS相比，异质结构得到了显著改善₂/ WSe₂。实际上，在MoS处存在较大的层间复合₂/ WSe₂接口与II型波段对准。插入的h-BN会减少层间复合，但对载流子的收集影响不大。一方面，h-BN可以减弱tmd的光吸收，使整个体系的电阻略有增加，从而降低短路电流密度。另一方面，由于MoS处的高电子势垒，层间复合受到抑制₂/h-BN界面(图1)。

图2所示。具有不同tmd厚度的尺寸相关PCE。

此外，在h-BN薄的情况下，PCE随TMD厚度的增加而增加。在~15 nm掺杂h-BN时，由于层间复合的抑制，最大PCE从14%提高到23.37%。值得注意的是，在10层h-BN的情况下，由于抑制载流子收集，PCE降低。厚的h-BN将阻止载流子分离并在界面处聚集光生载流子，层间电荷转移将被显著抑制。有趣的是，随着tmd厚度的增加，h-BN的最佳厚度从11层减少到9层，当tmd厚度大于9 nm时，h-BN的最佳厚度趋于稳定(图2)₂/ h-BN WSe₂vdW异质结构表明，界面插入绝缘体是提高效率的有效途径，为今后基于tmd的光电器件设计提供了潜在的指导。

帮欧阳
湖南师范大学低维量子结构与量子控制教育部重点实验室，湖南长沙410081

出版

垂直堆叠MoS2/h-BN/WSe2范德华异质结构最佳光电性能的测定
谭士林，赵一鹏，董建生，杨国伟，欧阳刚
物理化学化学物理2019年10月24日

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