基于二维过渡金属硫化物的双层异质结用于高效太阳能电池和光催化应用
摘要
本工作采用密度泛函理论（DFT）和 G0W0-BSE 方法进行了二维过渡金属硫化物（TMDs）垂直堆叠双层异质结构的光电性质的第一性计算研究。旨在将这些 TMD 异质结构用于太阳能电池应用。由于其有利的带隙、高载流子迁移率、可见光区域的优异吸收以及卓越稳定性，本文所考察的四种 TMD 单层包括 MoS2、WS2、MoSe2 和 WSe2。这些四种 TMD 单层为六种异质结构提供了基础。因此，我们考察了六种异质结构（WS2/MoS2、MoSe2/MoS2、MoSe2/WS2、WSe2/MoS2、WSe2/MoSe2 和 WSe2/WS2）的结构、电子和光学性质。在 DFT 级别，所有六种所考察的 TMD 异质结构满足类型 II 带对齐这一基本准则，这是延长载流子寿命的关键因素。然而，根据 G0W0 结果，MoSe2/WS2 不呈现类型 II 带对齐，而是显示类型 I 带对齐。G0W0 近似获得的大型准粒子间隙表明存在强电相关效应。通过计算其功率转换效率（PCE）来估计这些异质结太阳能电池的质量。在 HSE06 和 G0W0 水平计算中，本文设计的太阳能电池的最大 PCE 可达到 19.25%，适用于 WSe2/WS2 异质结。此外，本文考察了这六种 TMD 异质结构在氢演化反应光催化中的潜在应用，其中三种（WS2/MoS2、MoSe2/MoS2 和 WSe2/MoS2）均符合要求。
引用
@article{arxiv.2501.08138,
title = {Two dimensional transition metal dichalcogenide based bilayer heterojunctions for efficient solar cells and photocatalytic applications},
author = {Khushboo Dange and Rachana Yogi and Alok Shukla},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.08138},
year = {2025}
}
备注
49 pages (40 pages Manuscript and 9 pages Supporting Material), 9 figures and 11 tables in the manuscript, and 7 figures and 6 tables in the Supporting Material