Edge-Modified Phosphorene Nanoflake Heterojunctions as Highly Efficient Solar Cells

Nano Letters

Volumn 16, Issue 3, 2016, Pages 1675-1682

  Hu, Wei ^a   Lin, Lin ^a,b   Yang, Chao ^a   Dai, Jun ^c   Yang, Jinlong ^d  

^a LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^c UNIVERSITY OF NEBRASKA LINCOLN   (United States)

^d UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA   (China)

Author keywords

density functional theory; edge modified; heterojunction solar cells; Phosphorene nanoflakes

Indexed keywords

CONVERSION EFFICIENCY; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ENERGY CONVERSION; NANOSTRUCTURED MATERIALS; SOLAR CELLS; SOLAR POWER GENERATION;

DONOR AND ACCEPTOR; EDGE-MODIFIED; HETEROJUNCTION SOLAR CELLS; NANO-FLAKES; OPTOELECTRONIC PROPERTIES;

HETEROJUNCTIONS;

EID: 84960540522     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04593     Document Type: Article

References (64)

1. Shockley, W.; Queisser, H. J. J. Appl. Phys. 1961, 32, 510 10.1063/1.1736034
2. Scharber, M. C.; Mühlbacher, D.; Koppe, M.; Denk, P.; Waldauf, C.; Heeger, A. J.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2006, 18, 789-794 10.1002/adma.200501717
3. Graetzel, M.; Janssen, R. A. J.; Mitzi, D. B.; Sargent, E. H. Nature 2012, 488, 304-312 10.1038/nature11476
4. Novoselov, K. S.; Jiang, D.; Schedin, F.; Booth, T. J.; Khotkevich, V. V.; Morozov, S. V.; Geim, A. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 10451 10.1073/pnas.0502848102
5. Osada, M.; Sasaki, T. Adv. Mater. 2012, 24, 210 10.1002/adma.201103241
6. Xu, M.; Liang, T.; Shi, M.; Chen, H. Chem. Rev. 2013, 113, 3766 10.1021/cr300263a
7. Dean, C.; Young, A. F.; Wang, L.; Meric, I.; Lee, G.-H.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Shepard, K.; Kim, P.; Hone, J. Solid State Commun. 2012, 152, 1275-1282 10.1016/j.ssc.2012.04.021
8. Geim, A. K.; Grigorieva, I. V. Nature 2013, 499, 419-425 10.1038/nature12385
9. Wang, H.; Liu, F.; Fu, W.; Fang, Z.; Zhou, W.; Liu, Z. Nanoscale 2014, 6, 12250-12272 10.1039/C4NR03435J
10. Niu, T.; Li, A. Prog. Surf. Sci. 2015, 90, 21-45 10.1016/j.progsurf.2014.11.001
11. Hu, W.; Yang, J. Comput. Mater. Sci. 2015, 102, 208 10.1016/j.commatsci.2015.02.036
12. Bernardi, M.; Palummo, M.; Grossman, J. C. ACS Nano 2012, 6, 10082-10089 10.1021/nn303815z
13. Bernardi, M.; Palummo, M.; Grossman, J. C. Nano Lett. 2013, 13, 3664-3670 10.1021/nl401544y
14. Ceballos, F.; Bellus, M. Z.; Chiu, H.-Y.; Zhao, H. ACS Nano 2014, 8, 12717-12724 10.1021/nn505736z
15. Wang, J.; Guan, Z.; Huang, J.; Li, Q.; Yang, J. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 7960-7966 10.1039/c4ta00275j
16. Dai, J.; Zeng, X. C. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1289-1293 10.1021/jz500409m
17. Li, X.; Zhu, H.; Wang, K.; Cao, A.; Wei, J.; Li, C.; Jia, Y.; Li, Z.; Li, X.; Wu, D. Adv. Mater. 2010, 22, 2743-2748 10.1002/adma.200904383
18. Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.; Warta, W.; Dunlop, E. D. Prog. Photovoltaics 2015, 23, 1-9 10.1002/pip.2573
19. Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183-191 10.1038/nmat1849
20. Radisavljevic, B.; Radenovic, A.; Brivio, J.; Giacometti, V.; Kis, A. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 147-150 10.1038/nnano.2010.279
21. Liu, H.; Neal, A. T.; Zhu, Z.; Luo, Z.; Xu, X.; Tománek, D.; Ye, P. D. ACS Nano 2014, 8, 4033-4041 10.1021/nn501226z
22. Li, L.; Yu, Y.; Ye, G.; Ge, Q.; Ou, X.; Wu, H.; Feng, D.; Chen, X.; Zhang, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 372-377 10.1038/nnano.2014.35
23. Das, S.; Zhang, W.; Demarteau, M.; Hoffmann, A.; Dubey, M.; Roelofs, A. Nano Lett. 2014, 14, 5733-5739 10.1021/nl5025535
24. Zhang, X.; Xie, H.; Liu, Z.; Tan, C.; Luo, Z.; Li, H.; Lin, J.; Sun, L.; Chen, W.; Xu, Z.; Xie, L.; Huang, W.; Zhang, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 3653-3657 10.1002/anie.201409400
25. Hu, W.; Wang, T.; Yang, J. J. Mater. Chem. C 2015, 3, 4756-4761 10.1039/C5TC00759C
26. Bonaccorso, F.; Sun, Z.; Hasan, T.; Ferrari, A. C. Nat. Photonics 2010, 4, 611-622 10.1038/nphoton.2010.186
27. Splendiani, A.; Sun, L.; Zhang, Y.; Li, T.; Kim, J.; Chim, C.-Y.; Galli, G.; Wang, F. Nano Lett. 2010, 10, 1271-1275 10.1021/nl903868w
28. Qiao, J.; Kong, X.; Hu, Z.-X.; Yang, F.; Ji, W. Nat. Commun. 2014, 5, 4475 10.1038/ncomms5475
29. Guo, H.; Lu, N.; Dai, J.; Wu, X.; Zeng, X. C. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 14051-14059 10.1021/jp505257g
30. Hu, W.; Lin, L.; Yang, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 31397 10.1039/C5CP00333D
31. Zhang, J.; Zhang, M.; Sun, R.-Q.; Wang, X. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 10145-10149 10.1002/anie.201205333
32. Ma, J.; Wang, L.-W. Nano Lett. 2015, 15, 248-253 10.1021/nl503494y
33. Zhou, Y.; Wang, Z.; Yang, P.; Sun, X.; Zu, X.; Gao, F. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 5531-5537 10.1021/jp300164b
34. Kim, S. et al. ACS Nano 2012, 6, 8203-8208 10.1021/nn302878r
35. Jin, S. H.; Kim, D. H.; Jun, G. H.; Hong, S. H.; Jeon, S. ACS Nano 2013, 7, 1239-1245 10.1021/nn304675g
36. Hu, W.; Lin, L.; Yang, C.; Yang, J. J. Chem. Phys. 2014, 141, 214704 10.1063/1.4902806
37. Barone, V.; Hod, O.; Scuseria, G. E. Nano Lett. 2006, 6, 2748-2754 10.1021/nl0617033
38. Son, Y.-W.; Cohen, M. L.; Louie, S. G. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 216803 10.1103/PhysRevLett.97.216803
39. Kan, E.; Li, Z.; Yang, J.; Hou, J. G. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 4224-4225 10.1021/ja710407t
40. Li, X.; Wang, X.; Zhang, L.; Lee, S.; Dai, H. Science 2008, 319, 1229-1232 10.1126/science.1150878
41. Jia, X.; Hofmann, M.; Meunier, V.; Sumpter, B. G.; Campos-Delgado, J.; Romo-Herrera, J. M.; Son, H.; Hsieh, Y.-P.; Reina, A.; Kong, J.; Terrones, M.; Dresselhaus, M. S. Science 2009, 323, 1701-1705 10.1126/science.1166862
42. Park, C.-H.; Louie, S. G. Nano Lett. 2008, 8, 2200-2203 10.1021/nl080695i
43. Topsakal, M.; Aktrk, E.; Ciraci, S. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009, 79, 115442 10.1103/PhysRevB.79.115442
44. Mukherjee, R.; Bhowmick, S. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 720-724 10.1021/ct1006345
45. Wu, F.; Liu, Y.; Yu, G.; Shen, D.; Wang, Y.; Kan, E. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 3330-3334 10.1021/jz301536k
46. Du, A.; Sanvito, S.; Li, Z.; Wang, D.; Jiao, Y.; Liao, T.; Sun, A.; Ng, Y. H.; Zhu, Z.; Amal, R.; Smith, S. C. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4393-4397 10.1021/ja211637p
47. Zhou, L.-J.; Zhang, Y.-F.; Wu, L.-M. Nano Lett. 2013, 13, 5431-5436 10.1021/nl403010s
48. Kang, J.; Li, J.; Li, S.-S.; Xia, J.-B.; Wang, L.-W. Nano Lett. 2013, 13, 5485-5490 10.1021/nl4030648
49. Han, X.; Stewart, H. M.; Shevlin, S. A.; Catlow, C. R. A.; Guo, Z. X. Nano Lett. 2014, 14, 4607-4614 10.1021/nl501658d
50. Kou, L.; Frauenheim, T.; Chen, C. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2675-2681 10.1021/jz501188k
51. Ramasubramaniam, A.; Muniz, A. R. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2014, 90, 085424 10.1103/PhysRevB.90.085424
52. Soler, J. M.; Artacho, E.; Gale, J. D.; García, A.; Junquera, J.; Ordejón, P.; Sánchez-Portal, D. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 2745 10.1088/0953-8984/14/11/302
53. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865 10.1103/PhysRevLett.77.3865
54. Kan, E.; Hu, W.; Xiao, C.; Lu, R.; Deng, K.; Yang, J.; Su, H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5718-5721 10.1021/ja210822c
55. Wassmann, T.; Seitsonen, A. P.; Saitta, A. M.; Lazzeri, M.; Mauri, F. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 3440-3451 10.1021/ja909234y
56. Grimme, S. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1787-1799 10.1002/jcc.20495
57. Junquera, J.; Paz, O.; Sánchez-Portal, D.; Artacho, E. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2001, 64, 235111 10.1103/PhysRevB.64.235111
58. Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1993, 47, 558 10.1103/PhysRevB.47.558
59. Heyd, J.; Scuseria, G. E.; Ernzerhof, M. J. Chem. Phys. 2006, 124, 219906 10.1063/1.2204597
60. Auckenthaler, T.; Blum, V.; Bungartz, H. J.; Huckle, T.; Johanni, R.; Krämer, L.; Lang, B.; Lederer, H.; Willems, P. R. Parallel Comput. 2011, 37, 783-794 10.1016/j.parco.2011.05.002
61. Lin, L.; Lu, J.; Ying, L.; Car, R.; Weinan, E. Comm. Math. Sci. 2009, 7, 755-777 10.4310/CMS.2009.v7.n3.a12
62. Lin, L.; Chen, M.; Yang, C.; He, L. J. Phys.: Condens. Matter 2013, 25, 295501 10.1088/0953-8984/25/29/295501
63. Lin, L.; García, A.; Huhs, G.; Yang, C. J. Phys.: Condens. Matter 2014, 26, 305503 10.1088/0953-8984/26/30/305503
64. Hu, W.; Lin, L.; Yang, C. J. Chem. Phys. 2015, 143, 124110 10.1063/1.4931732