研究背景

研究成果

清華大學和中國工程物理研究院核物理與化學研究所的Zhaoyong Guan和Wenhui Duan等教授成功利用計算系統地研究了c2n /MoS₂范德華異質結的結構、電子和光學性質，計算結果表明，c2n /MoS₂范德華異質結具有良好的捕光性能。同時改變c2n /MoS₂異質結之間的垂直間距，可以**地調節調整c2n / MoS₂異質結的電子和光學性質。研究成果以“Tunable Structural,Electronic, and Optical Properties of Layered Two-Dimensional c2n and MoS₂vander Waals Heterostructure as Photovoltaic Material”為題發表在The Journal of Physical Chemistry C期刊上。

在實驗中，使用金剛石槽的應變裝置可以**地控制范德華異質結的垂直間距。我們系統地研究了c2n / MoS₂范德華異質結中的應變效應。我們定義了垂直間距?= d₀-d, d₀和d分別是c2n和MoS2的平衡及實際距離。隨著c2n和MoS₂之間的層間距增加，結合能被發現緩慢上升，而帶隙能緩慢下降。c2n層和MoS₂層之間相互作用的變化應該通過它們之間的電荷轉移強度來反映，為了探究電荷轉移過程，我們計算了c2n /MoS₂異質結的電荷密度差，如圖3（a、b、c和d）。隨著c2n和MoS₂之間層間距增大，電荷轉移明顯，層間距之間的相互作用也增強，這使c2n和MoS₂之間的結合能逐漸變大。隨著垂直間距的增加，c2n的p_z軌道和MoS₂的d_z2軌道相互作用的增強，這使帶隙單調減小。如圖3e所示。

圖4具有不同垂直間距c2n /MoS₂異質結的PDOS圖。（垂直間距分別為-0.4、0、0.4、0.8、1.0和1.2?）

垂直間距? < 1.0 ?時，c2n/MoS₂異質結總是呈現ii型帶隙，當間距?＞1.2 ?時，只有c2n對CBM有貢獻，同時c2n和MoS₂對VBM有貢獻，這時就偏離ii型異質結。當間距?＞1.90 ?時發現c2n /MoS₂異質結經歷半導體到金屬的過渡，這意味著該異質結具有可調的導電和輸運特性。

圖5具有不同垂直間距c2n / MoS₂異質結的吸收系數圖。（垂直間距分別為-0.4、0、0.4、0.8、1.0和1.2?）

我們測試了具有不同垂直間距c2n / MoS₂異質結的吸收系數，如圖5所示。隨著垂直間距的增加，α∥和α⊥被發現明顯紅移,符合上面討論的帶隙能量的降低，證明對紅外和可見光有明顯的光學吸收。垂直間距對光吸收的**調節意味著c2n/MoS₂異質結在光電探測器件和太陽能電池中的廣泛應用。

小結

總之，計算系統地研究了c2n / MoS₂范德華異質結的結構、電子和光學性質。c2n /MoS₂異質結呈現**的ii型能帶，直接帶隙為1.3 eV，有利于光電子和空穴的**分離。計算結果表明，c2n / MoS₂范德華異質結具有良好的捕光性能。通過改變c2n的p_z軌道和MoS₂的d_z2軌道的相互作用，可以**地調整c2n / MoS₂異質結的電子和光學性質。c2n / MoS₂異質結具有中等的帶隙、分離良好的光電子和空穴以及增強的可見光吸收，在太陽能電池中有很大的應用潛力。

文獻鏈接

Zhaoyong Guan,Chao-Sheng Lian, Shuanglin Hu, Shuang Ni, Jia Li, Wenhui Duan

TunableStructural, Electronic, and Optical Properties of Layered Two-Dimensional c2n and MoS₂ van der Waals Heterostructure as Photovoltaic Material

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