通过宽带共振隧穿级联热载流子
应用物理
2024-11-11 v1
摘要
将热载流子 (HCs) 从带边提取出来是实现超越 Shockley-Queisser 极限的太阳能利用的关键。石墨烯因其狄拉克点附近的声子瓶颈效应而被认为是 HCs 层状材料，但受限于低光生载流子密度。石墨烯/过渡金属二硫化物 (TMD) 异质结通过 TMD 到石墨烯的超快载流子转移解决了这一问题。然而，通过 HCs 同时实现高效光电流提取与载流子倍增 (CM) 仍然缺失。本文引入一种超薄宽带共振隧穿 (BRT) 势垒 TiOX，用于在 MoS2/石墨烯/TiOX 异质结中同时实现 CM 和 HC 测量的高效光电流提取。BRT 层使开路电压线性正比于入射光子能量而获得提升。同时，短路电流在超过 2Eg 后迅速上升并呈现明显的 CM 特征。这通过定义石墨烯与 TiOX 层在正负电压之间的联合态密度加以解释。BRT 层固有的宽带共振隧穿态由从 Ti3+ 到 Ti4+ 的氧化态变化构成，允许超快 HCs 高效地从石墨烯转移至 TiOX 层。我们发现可用隧穿态数目与短路电流成正比，这与 TiOX 和 MoS2 厚度变化吻合良好。我们获得了约 2.8 nm 的 BRT 层最优厚度，产生高达约 0.7 V 的级联开路电压，比无 BRT 层时高出两个数量级，在 1-SUN 条件下通过 HC 与 CM 协同转换实现了 5.3% 的纪录效率，并因填充因子改善而具有长期稳定性。
引用
@article{arxiv.2411.05727,
title = {Cascade hot carriers via broad-band resonant tunneling},
author = {Kamal Kumar Paul and Ashok Mondal and Jae Woo Kim and Ji-Hee Kim and Young Hee Lee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.05727},
year = {2024}
}