Semiconducting transition metal dichalcogenides (TMDs) are promising for high-specific-power photovoltaics due to their desirable band gaps, high absorption coefficients, and ideally dangling-bond-free surfaces. Despite their potential, the majority of TMD solar cells to date are fabricated in a nonscalable fashion, with exfoliated materials, due to the lack of high-quality, large-area, multilayer TMDs. Here, we present the scalable, thickness-tunable synthesis of multilayer WSe2 films by selenizing prepatterned tungsten with either solid-source selenium at 900 °C or H2Se precursors at 650 °C. Both methods yield photovoltaic-grade, wafer-scale WSe2 films with a layered van der Waals structure and superior characteristics, including charge carrier lifetimes up to 144 ns, over 14× higher than those of any other large-area TMD films previously demonstrated. Simulations show that such carrier lifetimes correspond to ∼22% power conversion efficiency and ∼64 W g–1 specific power in a packaged solar cell, or ∼3 W g–1 in a fully packaged solar module. The results of this study could facilitate the mass production of high-efficiency multilayer WSe2 solar cells at low cost.

With the rapid expansion of the Internet of Things (IoT), efficient and durable energy harvesters for powering IoT devices operating indoors and outdoors are imperative. Promising materials for indoor photovoltaic (PV) technologies include transition metal dichalcogenides (TMDs) such as MoS2, MoSe2, WS2, and WSe2, mainly due to their high absorption coefficients and self-passivated surfaces. Here, we assess the performance of single-junction TMD solar cells under various indoor lighting conditions with a realistic detailed balance model including material-specific optical absorption, as well as radiative, Auger, and defect-assisted Shockley-Read-Hall recombination. We find TMD solar cells could achieve up to 36.5%, 35.6%, 11.2%, and 27.6% power conversion efficiency under fluorescent, LED, halogen, and low-light AM 1.5 G lighting, respectively, at 500 lux. Based on this, TMD solar cells could outperform commercial PV technologies in indoor scenarios, suggesting their viability for future IoT energy solutions.