Graphene-based nanocomposites have proven to be very promising materials for gas sensing applications. In this paper, we present a general approach for the preparation of graphene–WO3 nanocomposites. Graphene–WO3 nanocomposite thin-layer sensors were prepared by drop coating the dispersed solution onto the alumina substrate. These nanocomposites were used for the detection of NO2 for the first time. TEM micrographs revealed that WO3 nanoparticles were well distributed on graphene nanosheets. Three different compositions (0.2, 0.5 and 0.1 wt%) of graphene with WO3 were used for the gas sensing measurements. It was observed that the sensor response to NO2 increased nearly three times in the case of graphene–WO3 nanocomposite layer as compared to a pure WO3 layer at room temperature. The best response of the graphene–WO3 nanocomposite was obtained at 250 °C.

We report the fabrication of ultraviolet photodetector on non-polar (11–20), nearly stress free, Gallium Nitride (GaN) film epitaxially grown on r-plane (1–102) sapphire substrate. High crystalline film leads to the formation of two faceted triangular islands like structures on the surface. The fabricated GaN ultraviolet photodetector exhibited a high responsivity of 340 mA/W at 5 V bias at room temperature which is the best performance reported for a-GaN/r-sapphire films. A detectivity of 1.24 × 109 Jones and noise equivalent power of 2.4 × 10−11 WHz−1/2 were also attained. The rise time and decay time of 280 ms and 450 ms have been calculated, respectively, which were the fastest response times reported for non-polar GaN ultraviolet photodetector. Such high performance devices substantiate that non-polar GaN can serve as an excellent photoconductive material for ultraviolet photodetector based applications.

Photodetector technology has evolved significantly over the years with the emergence of new active materials. However, there remain trade-offs between spectral sensitivity, operating energy, and, more recently, an ability to harbor additional features such as persistent photoconductivity and bidirectional photocurrents for new emerging application areas such as switchable light imaging and filter-less color discrimination. Here, we demonstrate a self-powered bidirectional photodetector based on molybdenum disulfide/gallium nitride (MoS2/GaN) epitaxial heterostructure. This fabricated detector exhibits self-powered functionality and achieves detection in two discrete wavelength bands: ultraviolet and visible. Notably, it attains a peak responsivity of 631 mAW–1 at a bias of 0V. The device's response to illumination at these two wavelengths is governed by distinct mechanisms, activated under applied bias conditions, thereby inducing a reversal in the polarity of the photocurrent. This work underscores the feasibility of self-powered and bidirectional photocurrent detection but also opens new vistas for technological advancements for future optoelectronic, neuromorphic, and sensing applications.

This Communication has reported a GaN-nanowall-network-based bidirectional photocurrent self-driven photodetector. The device leverages the unique properties of gallium nitride nanowall networks to modulate surface potentials, enabling bidirectional photocurrent generation and a self-driven nature. The detector enables a negative photocurrent under 266 nm illumination, while a positive photocurrent is obtained with a 355 nm source at 0 V applied bias. Peak responsivities of −2.5 and 1.7 A W–1 have been attained for the illumination wavelengths of 266 and 355 nm, respectively, under self-driven mode. Distinct logic states were realized by selectively illuminating the device with different wavelengths. The device operates as self-driven logic gates with output states defined relative to a fiducial zero point. The photocurrent direction and magnitude are also adjustable by varying the optical power intensity. Our findings demonstrate the potential of GaN-nanowall networks for realizing versatile, futuristic multifunction ultraviolet self-driven photonic devices.

Van der Waals and wide-bandgap materials-based heterostructures have garnered substantial attention in developing self-powered broadband photodetectors owing to their exceptional photovoltaic capabilities. These materials also hold great potential for breakthroughs in optoelectronics. However, limitations to low selectivity constrain the potential of heterostructures-based broadband detectors. Here, we design wavelength-selective polarity switching in a heterostructure photodetector consisting of bismuth selenide (Bi2Se3) and gallium nitride (GaN). The analysis revealed a positive photocurrent under ultraviolet-C illumination to visible wavelength, whereas a negative photocurrent under infrared wavelengths at zero applied bias. The exposure to distinct optical wavelengths leads to an inversion in the electric field polarity across the junction, resulting in polarity switching. The fabricated Bi2Se3/GaN self-powered ultra-broadband photonic device demonstrates a peak photoresponsivity of 584 mAW−1 (−297 mAW−1) at 355 nm (1405 nm) wavelength illumination and can detect weak signals up to 650 femto-watt. Our strategy revealed alternative avenues for developing polarity-switchable, self-powered ultra-broadband photodetectors, offering a first step towards creating wavelength-adaptable sensors for future applications.

Abstract Sensing of Ultraviolet (UV) Electromagnetic Irradiations (EIs) for wearable dosimetry is promulgated universally by reserving their place in precise calibration for the controlled exposure of UV-EIs for the betterment of humankind. In other words, the controlled exposure of incident optical power density (OPD) of UV-EIs found advantageous and numerous noble healthcare applications such as beta-endorphin molecule (provide feel-good factor to the brain) level augmentation, adequate vitamin D (physical strength) level formation, in skin treatment like eczema and dermatitis, sensing important biomolecules like Uric Acid (responsible for critical disease related with kidney and heart). Moreover, the controlled exposure of OPDs also significantly impacts UV disinfection technologies, which provide a defensive shield against critical respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), which belongs to the COVID-19 pandemic. Therefore, by understanding the importance of limited exposure to these vital UV-EIs, the present study showcased the GQDs-sensitized ZnO/ GaN heterostructured UV sensor utilized to explore the impact of UV-EIs OPDs on their performance. This study helps to develop and utilize the UV sensor-based wearable dosimetry for in-house diagnostics of critical healthcare parameters. This report also divulged an interesting core mechanism (band bending, tunneling through narrowed hole injection under increased negative bias) involved in affecting the performance of the UV-EIs sensor by a function of growing OPDs with the help of a suitable band diagram. The impact of increasing OPDs on fabricated UV-EIs sensors can be well understood by the fact that, by varying the OPDs up to ~550%, the Gain (G), responsivity (R), external quantum efficiency (EQE) and noise equivalent power (NEP) significantly increases up to (156.7 to 332.4) ~300%, (118 A/W to 3200 A/W) 2700%, (~870% to 12103%) 1400% and (1.3 pWHz-1/2 to 50 fWHz-1/2) 10,000 % respectively at an applied bias of -6V. Furthermore, the time-correlated transient photoresponse is also dramatically improved with increasing OPDs, wherein the increment in rise and decay time is estimated as (159 ms to 7.86 ms) ~2000% and (68.7 ms to 12.4 ms) ~500%, respectively.

Hybrid solar cells (HSCs) using poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) as a hole selective layer on n-silicon (n-Si) is considered a promising alternative to conventional dopant-diffused Si solar cells because of their simple, low-cost processing yet reasonable efficiency. The interface between PEDOT:PSS and Si governing the recombination of charge carriers plays a critical role in the performance of HSCs. Here, the interface properties of the PEDOT:PSS/n-Si are engineered by introducing a graphene oxide (GO) interlayer. A significantly enhanced (∼7-fold) minority carrier lifetime (MCLT) of the Si has been achieved with an ultrathin (thickness: ∼5 nm) GO interlayer (GO/n-Si/GO), indicating its excellent passivation properties. The properties of the GO/n-Si interface have been analyzed using C–V characteristics of the metal oxide semiconductor (MOS) structure (metal/GO/n-Si), confirming the presence of negative fixed charges at the interface due to the GO interlayer. The MCLT is further enhanced to >45 μs (∼25 times as compared to unpassivated microtextured n-Si) after applying the bilayer of PEDOT:PSS (PEDOT:PSS/GO/n-Si/GO/PEDOT:PSS) on n-Si surfaces. The structural and interface properties of the PEDOT:PSS and GO interlayer are investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), XPS valence band spectra, and Raman spectroscopy analyses. Moreover, significant enhancement in the performance of the PEDOT:PSS/n-Si HSCs (by absolute >3.1%) is observed with the GO interlayer as compared to that of the control cell without GO. Impedance spectroscopy (IS) and dark characteristics results confirmed the formation of a strong inversion layer at the junction, having a high built-in potential after applying the GO interlayer. The application has also been complemented by a detailed surface and interface morphology (field-emission scanning electron microscopy (FESEM), atomic force microscopy (AFM)), surface reflectance properties, and quantum efficiency of the HSCs. This study will strengthen the application of thin GO as an effective interface layer for efficient hybrid solar cells.