单层二硫化钨薄膜之光电领域应用

自2004 年石墨烯被发现以来，材料科学发生了翻覆地的变化，石墨烯它具有优异的电学、光学、力学和热学等性能而被尊称为“新材料之王”。但是，石墨烯是一种零带隙材料，难以在电子器件方面拥有太大的作为，因此，另一类带隙的二维材料—过渡金属二维材料引起人们广泛的兴趣。

二维过渡金属硫属化合物( TMDCs)因具有与石墨烯类似的结构而被认为是未来电子器件应用方面极具潜力的明星材料。目前研究较多的半导体材料有二硫化钨WS₂，二硫化钼MoS₂，MoSe₂硒化钼，WSe₂硒化钨等。其中WS2 因显示出双极性电子输运特性而在电子器件方面最有应用前景。

单层二钨化钨是一种类似石墨的层状材料，层间距为0.7 nm。WS₂的单层结构金属 W 原子层被夹在上下两层S原子层之间， W 原子与 S 原子之间通过较强的离子-共价键结合，层与层之间则是通过相对较弱的范德华力结合。因此，WS₂是一种重要的光电材料，当 WS₂ 由体材变为单层时，该材料由间接带隙变为直接带隙半导体，而且带隙将从1.3eV变为2.0eV，这使二硫化钨薄膜在光电探测器、太阳能电池方面具有重要的潜在应用价值。

在光电探测器件研究方面，单层二硫化钨 薄膜显示出了优异的性能。有学者发现，基于 10 层厚的 WS₂ 薄膜光学晶体管器件，具有对不同波长的单色光进行探测的能力。当使用波长为 514 nm 的光照射下，测得器件的光响应时间约为 5. 3 ms， 光响应速度约为多MoS₂薄膜的 10 倍。

在太阳能电池领域，二硫化钨因具有优异的光响应和吸收特性而显示出巨大的应用潜力，有学者构建了 ITO /WS₂ /Au 肖特基太阳能电池， 测试结果表明在可见光的照射下能产生明显的光电流。他们也研究了单层、双层和多层石墨烯电极对Al/WS₂/rGO， 肖特基太阳能电池的影响 。结果表明，石墨烯与 WS2 薄膜间容易形成肖特基接触，这样便在石墨烯与 WS2 薄膜的界面处形成了内建电场，诱导光致电子从 WS₂薄膜流向 Al 电极，空穴则由 WS₂薄膜流向石墨烯，这样构建的太阳能电池的最高光电转换效率可达3.3%.

目前，单层结构二硫化钨薄膜的大规模量产仍有困难，成品质量不稳定，成本也较高，这或许是二硫化钨没有像石墨烯那么具有知名度的主要原面. 未来，寻找一种廉价的、能大面积连续制备 WS₂ 薄膜并且保质保量的方法仍是科学家们急需攻关的难题。

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