One-dimensional transition metal dichalcogenides exhibiting an enhanced bulk photovoltaic effect have the potential to exceed the Shockley–Queisser limit efficiency in solar energy harvest within p - n junction architectures. However, the collective output of these prototype devices remains a challenge. We report on the synthesis of single-crystalline WS 2 ribbon arrays with defined chirality and coherent polarity through an atomic manufacturing strategy. The chirality of WS 2 ribbon was defined by substrate couplings into tunable armchair, zigzag, and chiral species, and the polarity direction was determined by the ribbon-precursor interfacial energy along a coherent direction. A single armchair ribbon showed strong bulk photovoltaic effect and the further integration of ~1000 aligned ribbons with coherent polarity enabled upscaling of the photocurrent.

The anomalous photovoltaic effect (APE) in polar crystals is a promising avenue for overcoming the energy conversion efficiency limits of conventional photoelectric devices utilizing p-n junction architectures. To facilitate effective photocarrier separation and enhance the APE, polar materials need to be thinned down to maximize the depolarization field. Here, we demonstrate Janus MoSSe monolayers (~0.67 nm thick) with strong spontaneous photocurrent generation. A photoresponsivity up to 3 mA/W, with ~ 1% external quantum efficiency and ultrafast photoresponse (~50 ps) were observed in the MoSSe device. Moreover, unlike conventional 2D materials that require careful twist alignment, the photovoltage can be further scaled up by simply stacking the MoSSe layers without the need for specific control on interlayer twist angles. Our work paves the way for the development of high-performance, flexible, and compact photovoltaics and optoelectronics with atomically engineered Janus polar materials. The anomalous photovoltaic effect in polar materials offers a promising alternative to overcome the limits of conventional photovoltaics. Here, the authors report spontaneous photocurrent generation in Janus MoSSe monolayers, showing responsivities up to 3 mA/W and response times down to 50 ps.