Abstract Based on the requirements of transparent optoelectronic devices, herein we report a highly transparent broadband photodetector, which is based on spinel structured p-Co3O4 and n-ZnO heterojunction. The XRD and XPS analysis confirmed the wurtzite ZnO phase along with the formation of spinel structured Co3O4. The structural property shows the good crystalline properties of the heterostructure thin films. The optical properties reveal the dual absorption states of Co3O4 corresponding to the Co2+ state (Eg = 1.93 eV) and Co3+ state (Eg = 1.42 eV) along with wide band gap ZnO (3.2 eV). Moreover, the photodetector shows an impressive transmittance of ~76% in the visible window. Further, the photoelectrical performance shows the prominent photovoltaic effect (self-powered operation) with a significant photosensitivity of 4.57 × 104. Moreover, the device is also capable of absorbing broad wavelengths from ultraviolet (UV) to infrared (IR) range. Importantly the device exhibits a fast response speed of 81.7 μs and a decay time of 178.8 μs which are found to be the fastest speed reported for transparent metal oxide-based p-n heterojunction devices under white light and self-powered mode. This work thus provides a comprehensive way of utilizing the robust metal oxide layers for developing a fast-high performing transparent self-powered device. The dual bandgap configuration of spinel Co3O4 demonstrates the wide range photo-responses, which is a promising feature for broadband transparent photodetectors and enhanced transparent photovoltaics.

中文翻译：

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透明 Co3O4/ZnO 光伏宽带光电探测器

摘要 基于对透明光电器件的要求，本文报道了一种基于尖晶石结构的 p-Co3O4 和 n-ZnO 异质结的高透明宽带光电探测器。XRD 和 XPS 分析证实了纤锌矿 ZnO 相以及尖晶石结构的 Co3O4 的形成。结构特性表明异质结构薄膜具有良好的结晶特性。光学性质揭示了 Co3O4 的双重吸收态，对应于 Co2+ 态 (Eg = 1.93 eV) 和 Co3+ 态 (Eg = 1.42 eV) 以及宽带隙 ZnO (3.2 eV)。此外，光电探测器在可见窗口中显示出令人印象深刻的~76% 的透射率。此外，光电性能显示出显着的光伏效应（自供电操作），具有 4.57 × 104 的显着光敏性。此外，该设备还能够吸收从紫外线 (UV) 到红外线 (IR) 范围的宽波长。重要的是，该器件具有 81.7 μs 的快速响应速度和 178.8 μs 的衰减时间，这是白光和自供电模式下基于透明金属氧化物的 pn 异质结器件报告的最快速度。因此，这项工作提供了一种利用坚固的金属氧化物层开发快速高性能透明自供电设备的综合方法。尖晶石 Co3O4 的双带隙结构展示了宽范围的光响应，这是宽带透明光电探测器和增强型透明光伏器件的一个有前途的特征。重要的是，该器件具有 81.7 μs 的快速响应速度和 178.8 μs 的衰减时间，这是白光和自供电模式下基于透明金属氧化物的 pn 异质结器件报告的最快速度。因此，这项工作提供了一种利用坚固的金属氧化物层开发快速高性能透明自供电设备的综合方法。尖晶石 Co3O4 的双带隙结构展示了宽范围的光响应，这是宽带透明光电探测器和增强型透明光伏器件的一个有前途的特征。重要的是，该器件具有 81.7 μs 的快速响应速度和 178.8 μs 的衰减时间，这是白光和自供电模式下基于透明金属氧化物的 pn 异质结器件报告的最快速度。因此，这项工作提供了一种利用坚固的金属氧化物层开发快速高性能透明自供电设备的综合方法。尖晶石 Co3O4 的双带隙结构展示了宽范围的光响应，这是宽带透明光电探测器和增强型透明光伏器件的一个有前途的特征。因此，这项工作提供了一种利用坚固的金属氧化物层开发快速高性能透明自供电设备的综合方法。尖晶石 Co3O4 的双带隙结构展示了宽范围的光响应，这是宽带透明光电探测器和增强型透明光伏器件的一个有前途的特征。因此，这项工作提供了一种利用坚固的金属氧化物层开发快速高性能透明自供电设备的综合方法。尖晶石 Co3O4 的双带隙结构展示了宽范围的光响应，这是宽带透明光电探测器和增强型透明光伏器件的一个有前途的特征。