Advanced beyond-silicon electronic technology requires both channel materials and also ultralow-resistance contacts to be discovered1,2. Atomically thin two-dimensional semiconductors have great potential for realizing high-performance electronic devices1,3. However, owing to metal-induced gap states (MIGS)4-7, energy barriers at the metal-semiconductor interface-which fundamentally lead to high contact resistance and poor current-delivery capability-have constrained the improvement of two-dimensional semiconductor transistors so far2,8,9. Here we report ohmic contact between semimetallic bismuth and semiconducting monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs) where the MIGS are sufficiently suppressed and degenerate states in the TMD are spontaneously formed in contact with bismuth. Through this approach, we achieve zero Schottky barrier height, a contact resistance of 123 ohm micrometres and an on-state current density of 1,135 microamps per micrometre on monolayer MoS2; these two values are, to the best of our knowledge, the lowest and highest yet recorded, respectively. We also demonstrate that excellent ohmic contacts can be formed on various monolayer semiconductors, including MoS2, WS2 and WSe2. Our reported contact resistances are a substantial improvement for two-dimensional semiconductors, and approach the quantum limit. This technology unveils the potential of high-performance monolayer transistors that are on par with state-of-the-art three-dimensional semiconductors, enabling further device downscaling and extending Moore's law.

Abstract Interfacial studies and band alignment engineering on the electron transport layer (ETL) play a key role for fabrication of high‐performance perovskite solar cells (PSCs). Here, an amorphous layer of SnO 2 (a‐SnO 2 ) between the TiO 2 ETL and the perovskite absorber is inserted and the charge transport properties of the device are studied. The double‐layer structure of TiO 2 compact layer (c‐TiO 2 ) and a‐SnO 2 ETL leads to modification of interface energetics, resulting in improved charge collection and decreased carrier recombination in PSCs. The optimized device based on a‐SnO 2 /c‐TiO 2 ETL shows a maximum power conversion efficiency (PCE) of 21.4% as compared to 19.33% for c‐TiO 2 based device. Moreover, the modified device demonstrates a maximum open‐circuit voltage ( V oc ) of 1.223 V with 387 mV loss in potential, which is among the highest reported value for PSCs with negligible hysteresis. The stability results show that the device on c‐TiO 2 /a‐SnO 2 retains about 91% of its initial PCE value after 500 h light illumination, which is higher than pure c‐TiO 2 (67%) based devices. Interestingly, using a‐SnO 2 /c‐TiO 2 ETL the PCE loss was only 10% of initial value under continuous UV light illumination after 30 h, which is higher than that of c‐TiO 2 based device (28% PCE loss).

Abstract The presence of surface and grain boundary defects in organic–inorganic halide perovskite films can be detrimental to both the performance and operational stability of perovskite solar cells (PSCs). Here, the effect of chloride additives is studied on the bulk and surface defects of the mixed cation and halide PSCs. It is found that using an antisolvent technique, the perovskite film is divided into two layers, i.e., a bottom layer with large grains and a thin capping layer with small grains. The addition of formamidinium chloride (FACl) into the precursor solution removes the small‐grained perovskite capping layer and suppresses the formation of bulk and surface defects, providing a perovskite film with enhanced crystallinity and large grain size of over 1 µm. Time‐resolved photoluminescence measurements show longer lifetimes for perovskite films modified by FACl and subsequently passivated by 1‐adamantylamine hydrochloride as compared to the reference sample. Impedance spectroscopy measurements show that these treatments reduce the recombination in the PSCs, leading to a champion device with power conversion efficiency (PCE) of 21.2%, an open circuit voltage of 1152 mV and negligible hysteresis. The Cl treated PSC also shows improved operational stability with only 12% PCE loss after 700 h under continuous illumination.

Abstract The presence of bulk and surface defects in perovskite light harvesting materials limits the overall efficiency of perovskite solar cells (PSCs). The formation of such defects is suppressed by adding methylammonium chloride (MACl) as a crystallization aid to the precursor solution to realize high‐quality, large‐grain triple A‐cation perovskite films and that are combined with judicious engineering of the perovskite interface with the electron and hole selective contact materials. A planar SnO 2 /TiO 2 double layer oxide is introduced to ascertain fast electron extraction and the surface of the perovskite facing the hole conductor is treated with iodine dissolved in isopropanol to passivate surface trap states resulting in a retardation of radiationless carrier recombination. A maximum solar to electric power conversion efficiency (PCE) of 21.65% and open circuit photovoltage ( V oc ) of ≈1.24 V with only ≈370 mV loss in potential with respect to the band gap are achieved, by applying these modifications. Additionally, the defect healing enhances the operational stability of the devices that retain 96%, 90%, and 85% of their initial PCE values after 500 h under continuously light illumination at 20, 50, and 65 °C, respectively, demonstrating one of the most stable planar PSCs reported so far.