随着可穿戴设备的普及和物联网设备的广泛应用，依赖外部电源实现光电检测的传统光电探测器面临着高暗电流和小开关比等问题的挑战。因此，具备自供电能力的光电探测器的性能成了限制光电探测器更广泛应用的关键。经过十多年的发展，具备自供电能力的光电探测器在集成性、柔性和稳定性等方面都取得了重要的进展，但是其效率仍然受到极大制约。 近几年，异质结构由于其多组份之间协同工作展现的优异性能，使其在自供电光电探测器的理性设计上展现了巨大的前景和价值。本文基于新型二维材料构建了不同维度堆积的异质结构，采用第一性原理方法和非绝热分子动力学方法，针对光生载流子在异质结中的转移过程，系统研究了界面效应对异质结电子结构的影响和应变对异质结光电特性的调控，为设计和制备高性能自供电光电探测器提供了理论支撑。

李东翔，男，汉族，山西长治人，安顺学院副教授，硕士生导师、贵州省千层次创新型人才，工学博士。在国内外学术期刊上发表论文30 余篇，其中 SCI 收录 20篇；主持和参与各级各类项目10余项，主要研究方向为新型功能材料的研究。

第1章 绪论 ............................................................................................................. 001
1.1 智能时代光电探测器面临的问题与挑战 .................................................. 002
1.2 基于二维材料自供电光电探测器的研究进展 .......................................... 003
1.2.1 二维材料 ......................................................................................... 004
1.2.2 二维材料在光电探测器方面的应用研究 ...................................... 010
1.2.3 二维材料异质结在自供电光电探测器方面的研究进展 .............. 012
本章参考文献 ...................................................................................................... 014
第2章 理论基础和计算工具 ................................................................................ 021
2.1 自供电光电探测器的基本原理及其应用 .................................................. 022
2.1.1 自供电 ............................................................................................. 022
2.1.2 光电探测器的分类 .......................................................................... 023
2.1.3 光电探测器的性能参数 .................................................................. 023
2.1.4 光电探测器的应用 .......................................................................... 024
2.2 计算的基本方法 ......................................................................................... 025
2.2.1 密度泛函理论概述 .......................................................................... 025
2.2.2 分子动力学概述 .............................................................................. 031
2.2.3 有效质量和光吸收系数 .................................................................. 033
2.3 计算软件简介 ............................................................................................. 034
2.3.1 VASP 软件 ...................................................................................... 034
2.3.2 Hefei-NAMD 软件 ......................................................................... 034
本章参考文献 ...................................................................................................... 035
第3章 应变对GaSe/SnS2异质结自供电及光电特性的影响 ........................ 041
3.1 引言 ............................................................................................................. 042
3.2 计算方法与细节 ......................................................................................... 044
3.3 计算结果与讨论 ......................................................................................... 044
3.3.1 GaSe和SnS2单层的电子结构计算 ............................................... 044
基于新型二维材料异质结电子结构及光电特性的理论研究
VI
3.3.2 GaSe/SnS2异质结的几何结构及稳定性 ........................................ 046
3.3.3 GaSe/SnS2异质结的界面效应及光吸收性质 ................................ 047
3.3.4 GaSe/SnS2异质结的电荷转移和自供电效应 ................................ 049
3.3.5 应变对GaSe/SnS2异质结自供电效应及光电特性的调控 ........... 052
3.4 本章小结 ..................................................................................................... 059
本章参考文献 ...................................................................................................... 059
第4章 高性能InSe/BP异质结的自供电和快速光响应的分子动力学 ........ 065
4.1 引言 ............................................................................................................. 066
4.2 计算方法与细节 ......................................................................................... 067
4.3 计算结果与讨论 ......................................................................................... 068
4.3.1 InSe/BP异质结的堆叠结构及稳定性分析 .................................... 068
4.3.2 InSe/BP异质结的能带结构排列及光吸收性质 ............................ 070
4.3.3 InSe/BP异质结的功函数及自供电效应 ........................................ 074
4.3.4 InSe/BP异质结界面超快载流子转移的分子动力学 .................... 076
4.3.5 双轴应变对InSe/BP异质结光电特性的调控 ............................... 081
4.4 本章小结 ..................................................................................................... 083
本章参考文献 ...................................................................................................... 084
第5章 2D/2D BP/Cs2SnI4异质结的设计和光电特性 ..................................... 089
5.1 引言 ............................................................................................................. 090
5.2 计算方法与细节 ......................................................................................... 091
5.3 计算结果与讨论 ......................................................................................... 091
5.3.1 BP/Cs2SnI4异质结的结构设计 ....................................................... 091
5.3.2 BP/Cs2SnI4异质结的电子结构及光吸收性质 ............................... 094
5.3.3 BP和Cs2SnI4异质结的电荷转移及自供电效应 .......................... 097
5.3.4 双轴应变对 BP/Cs2SnI4 异质结光电特性的影响 ........................ 101
5.4 本章小结 ..................................................................................................... 107
本章参考文献 ...................................................................................................... 108
第6章 2D/3D Cs2SnI2Cl2/Cs2TiI6异质结的光电特性和载流子输运 ............ 113
6.1 引言 ............................................................................................................. 114
6.2 计算方法与细节 ......................................................................................... 115
6.3 计算结果与讨论 ......................................................................................... 117
目 录
VII
6.3.1 Cs2SnI2Cl2/Cs2TiI6异质结的稳定性和电子结构分析 ................... 117
6.3.2 Cs2SnI2Cl2/Cs2TiI6异质结的自供电效应 ....................................... 122
6.3.3 Cs2SnI2Cl2/Cs2TiI6异质结载流子转移的分子动力学 ................... 122
6.3.4 双轴应变对Cs2SnI2Cl2/Cs2TiI6异质结光电特性的影响 .............. 129
6.4 本章小结 ..................................................................................................... 134
本章参考文献 ...................................................................................................... 134
第7章 2D/2D/2D GaN/WS2/MoS2异质结的界面效应及分子动力学 .......... 141
7.1 引言 ............................................................................................................. 142
7.2 计算方法与细节 ......................................................................................... 143
7.3 计算结果与讨论 ......................................................................................... 144
7.3.1 GaN/WS2/MoS2异质结的堆叠结构 ............................................... 144
7.3.2 界面效应对GaN/WS2/MoS2异质结的影响 .................................. 146
7.3.3 GaN/WS2/MoS2异质结的分子动力学 ........................................... 152
7.3.4 双轴应变对GaN/WS2/MoS2异质结光电特性的影响 .................. 160
7.4 本章小结 ..................................................................................................... 163
本章参考文献 ...................................................................................................... 164
第8章 总结与展望 ................................................................................................. 169
8.1 总结 ............................................................................................................. 170
8.2 展望 ............................................................................................................. 172
附录A 关键词索引 ................................................................................................. 173