單層二硫化鎢薄膜之光電領域應用

自2004 年石墨烯被發現以來，材料科學發生了翻覆地的變化，石墨烯它具有優異的電學、光學、力學和熱學等性能而被尊稱為“新材料之王”。但是，石墨烯是一種零帶隙材料，難以在電子器件方面擁有太大的作為，因此，另一類帶隙的二維材料—過渡金屬二維材料引起人們廣泛的興趣。

二維過渡金屬硫屬化合物( TMDCs)因具有與石墨烯類似的結構而被認為是未來電子器件應用方面極具潛力的明星材料。目前研究較多的半導體材料有二硫化鎢WS₂，二硫化鉬MoS₂，MoSe₂硒化鉬，WSe₂硒化鎢等。其中WS2 因顯示出雙極性電子輸運特性而在電子器件方面最有應用前景。

單層二鎢化鎢是一種類似石墨的層狀材料，層間距為0.7 nm。WS₂的單層結構金屬 W 原子層被夾在上下兩層S原子層之間， W 原子與 S 原子之間通過較強的離子-共價鍵結合，層與層之間則是通過相對較弱的范德華力結合。因此，WS₂是一種重要的光電材料，當 WS₂ 由體材變為單層時，該材料由間接帶隙變為直接帶隙半導體，而且帶隙將從1.3eV變為2.0eV，這使二硫化鎢薄膜在光電探測器、太陽能電池方面具有重要的潛在應用價值。

在光電探測器件研究方面，單層二硫化鎢 薄膜顯示出了優異的性能。有學者發現，基於 10 層厚的 WS₂ 薄膜光學電晶體器件，具有對不同波長的單色光進行探測的能力。當使用波長為 514 nm 的光照射下，測得器件的光回應時間約為 5. 3 ms， 光回應速度約為多MoS₂薄膜的 10 倍。

在太陽能電池領域，二硫化鎢因具有優異的光回應和吸收特性而顯示出巨大的應用潛力，有學者構建了 ITO /WS₂ /Au 肖特基太陽能電池， 測試結果表明在可見光的照射下能產生明顯的光電流。他們也研究了單層、雙層和多層石墨烯電極對Al/WS₂/rGO， 肖特基太陽能電池的影響 。結果表明，石墨烯與 WS2 薄膜間容易形成肖特基接觸，這樣便在石墨烯與 WS2 薄膜的介面處形成了內建電場，誘導光致電子從 WS₂薄膜流向 Al 電極，空穴則由 WS₂薄膜流向石墨烯，這樣構建的太陽能電池的最高光電轉換效率可達3.3%.

目前，單層結構二硫化鎢薄膜的大規模量產仍有困難，成品品質不穩定，成本也較高，這或許是二硫化鎢沒有像石墨烯那麼具有知名度的主要原面. 未來，尋找一種廉價的、能大面積連續製備 WS₂ 薄膜並且保質保量的方法仍是科學家們急需攻關的難題。

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