Titanium-carbide MXenes for work function and interface engineering in perovskite solar cells

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作者
Antonio Agresti,Hanna Pazniak,Sara Pescetelli,Alessia Di Vito,Daniele Rossi,Alessandro Pecchia,Matthias Auf der Maur,A. Liedl,R. Larciprete,Денис Кузнецов,D. Saranin,Aldo Di Carlo
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:18 (11): 1228-1234 被引量:555
标识
DOI:10.1038/s41563-019-0478-1
摘要

To improve the efficiency of perovskite solar cells, careful device design and tailored interface engineering are needed to enhance optoelectronic properties and the charge extraction process at the selective electrodes. Here, we use two-dimensional transition metal carbides (MXene Ti3C2Tx) with various termination groups (Tx) to tune the work function (WF) of the perovskite absorber and the TiO2 electron transport layer (ETL), and to engineer the perovskite/ETL interface. Ultraviolet photoemission spectroscopy measurements and density functional theory calculations show that the addition of Ti3C2Tx to halide perovskite and TiO2 layers permits the tuning of the materials’ WFs without affecting other electronic properties. Moreover, the dipole induced by the Ti3C2Tx at the perovskite/ETL interface can be used to change the band alignment between these layers. The combined action of WF tuning and interface engineering can lead to substantial performance improvements in MXene-modified perovskite solar cells, as shown by the 26% increase of power conversion efficiency and hysteresis reduction with respect to reference cells without MXene. Addition of MXenes in the halide perovskite film, in the electron transport layer and at the interface between these layers is shown to enhance the efficiency of and reduce hysteresis in perovskite solar cells.
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