Charge Transfer Modulation in the α-CsPbI3/WS2 Heterojunction via Band-Tailoring with Elemental Ni Doping

异质结 材料科学 兴奋剂 光电子学 调制(音乐) 电荷(物理) 纳米技术 物理 量子力学 声学
作者
Himanshu Bhatt,Ramchandra Saha,Tanmay Goswami,C. K. Sangeetha,K. Justice Babu,Gurpreet Kaur,Ayushi Shukla,Malkeshkumar Patel,Sachin R. Rondiya,Nelson Y. Dzade,Hirendra N. Ghosh
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:11 (12): 5367-5379
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.4c01774
摘要

The performance of photovoltaic devices relies on the light-absorbing capability of the absorber layer and the lifetime of excited-state charge carriers. Combining two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDCs) with perovskites in heterojunctions shows immense potential due to their strong light–matter interaction, excellent charge carrier mobility, long electron–hole diffusion length, and improved stability. However, fast charge carrier recombination in TMDCs and poor charge separation at the interface limit their efficiency. In this direction, band structure modulation can be a key approach to improving the charge separation in these heterojunctions. Herein, we have fabricated a heterojunction of CsPbI3 and WS2 (CPI-WS2) and modulated the band levels by incorporating Ni atoms into CPI. Experimental and theoretical analyses reveal that Ni-doping elevates both the valence and conduction bands of CPI, transforming the quasi-type II band arrangement of CPI-WS2 into a type II configuration. The doped heterosystem shows substantial charge carrier separation at the interface, with TMDC acting as the electron extractor. This higher segregation of charges notably improves the photocurrent and photoresponsivity within the modulated heterojunctions. This study underscores the importance of doping-induced band-level engineering for promoting charge carrier separation at the TMDC-perovskite interface, advancing the design of advanced optical devices based on heterojunctions.
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