Computational discovery of PtS2/GaSe van der Waals heterostructure for solar energy applications

文献情報

出版日 2021-08-12
DOI 10.1039/D1CP02436A
インパクトファクター 3.676
著者

Rui Xiong, Rong Hu, Yinggan Zhang, Xuhui Yang, Peng Lin, Cuilian Wen, Baisheng Sa, Zhimei Sun


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要旨

2D van der Waals (vdW) heterostructures as potential materials for solar energy-related applications have been brought to the forefront for researchers. Here, by employing first-principles calculations, we proposed that the PtS2/GaSe vdW heterostructure is a distinguished candidate for photocatalytic water splitting and solar cells. It is shown that the PtS2/GaSe heterostructure exhibits high thermal stability with an indirect band gap of 1.81 eV. We further highlighted the strain induced type-V to type-II band alignment transitions and band gap variations in PtS2/GaSe heterostructures. More importantly, the outstanding absorption coefficients in the visible light region and high carrier mobility further guarantee the photo energy conversion efficiency of PtS2/GaSe heterostructures. Interestingly, the natural type-V band alignments of PtS2/GaSe heterostructures are appropriate for the redox potential of water. On the other hand, the power conversion efficiency of ZnO/(PtS2/GaSe heterostructure)/CIGS (copper indium gallium diselenide) solar cells can achieve ∼17.4%, which can be further optimized up to ∼18.5% by increasing the CIGS thickness. Our present study paves the way for facilitating the potential application of vdW heterostructures as a promising photocatalyst for water splitting as well as the buffer layer for solar cells.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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