Type-II TMD/반도체 이종접합 PEC

n형 TMD 박막과 p형 반도체의 조합이 HER을 위해 전해질로 광전자를 전달하는 원리, paper_061 출처 (see Kwon et al., Energy Environ. Sci. (2016)).

n-MoS₂ (EF가 EC보다 0.2 eV 아래)가 p-Si (일함수 4.7 eV; MoS₂는 UPS 기준 4.5 eV)와 접합하면, 큰 일함수 차이와 밴드 오프셋으로 인해 **type-II 엇갈림 정렬(staggered alignment)**이 형성된다. p-Si에서 광생성된 전자는 에너지적으로 내리막 경로를 따라 MoS₂를 통해 고체/전해질 계면으로 이동한다.

주요 정량적 기준값 (see Kwon et al., Energy Environ. Sci. (2016), Fig. 4a–c, p. 2245):

• MoS₂의 EC는 H⁺/H₂ 환원 전위(절대값 −4.5 eV)와 일치하므로, 최종 전자 전달 단계에서 추가적인 구동력이 필요하지 않다.
• p-Si에서의 밴드 굽힘 ≈ 0.3 eV 하향; MoS₂ 측의 EF − EV = 1.4 eV (XPS).

장벽 없는 전자 전달(Rct 10.56 vs 4810 Ω·cm², 순수 p-Si 대비)은 n-MoS₂-p-Si-photocathode의 높은 photoelectrochemical-current-density를 뒷받침한다. 이 원리는 다른 n-TMD/p-반도체 쌍에도 일반적으로 적용된다.