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Comparative Study on the Photovoltaic Properties of ZnX (X = S, Se, Te) QD/CNT Inorganic/Organic Hybrid Nanocomposites
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2020-03-30 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b11969 Moumita Kar 1 , Supriya Saha 2 , Ritabrata Sarkar 3 , Sougata Pal 3 , Pranab Sarkar 1
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2020-03-30 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b11969 Moumita Kar 1 , Supriya Saha 2 , Ritabrata Sarkar 3 , Sougata Pal 3 , Pranab Sarkar 1
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Designing the efficient inorganic/organic hybrid light harvesting systems through understanding of charge generation, separation, and recombination dynamics is an important pathway for improvement of power conversion efficiency (PCE) of the photovoltaic cell. Using the density functional method, we explored the photovoltaic performance of recently synthesized ZnX (X = S, Se, Te) QD/carbon nanotube (CNT) nanocomposites. Interestingly, ZnX QD/CNT nanocomposites exhibit type-II band alignment, where hole and electron charge carriers are localized on ZnX QD and CNT, respectively. However, the energy difference between the highest occupied molecular orbital of ZnX QD and the conduction band minimum of CNT is very small (0.09–0.26 eV), implying huge possibilities of electron–hole recombination at the ZnX:CNT interface. To overcome such an unpleasant situation, we focus on chemical modification of CNT. The CNT is hydrogenated by attachment of atomic hydrogen and, next, the hydrogenated CNT is functionalized by the electron withdrawing group (−CN) in part. We found that ZnX QD and CN-functionalized hydrogenated CNT nanocomposites exhibit intended type-II band alignment and achieve high PCEs in the range of 6.73–8.38%, making them exceptionally competitive with other previously reported hybrid solar cells.
中文翻译：
ZnX（X = S，Se，Te）QD / CNT无机/有机杂化纳米复合材料光伏性能的比较研究
通过了解电荷产生，分离和重组动力学来设计有效的无机/有机混合光收集系统是提高光伏电池功率转换效率（PCE）的重要途径。使用密度泛函方法，我们探索了最近合成的ZnX（X = S，Se，Te）QD /碳纳米管（CNT）纳米复合材料的光伏性能。有趣的是，ZnX QD / CNT纳米复合材料表现出II型能带排列，其中空穴和电子载流子分别位于ZnX QD和CNT上。但是，ZnX QD的最高占据分子轨道与CNT的导带最小之间的能量差很小（0.09-0.26 eV），这意味着在ZnX：CNT界面进行电子-空穴复合的可能性很大。为了克服这种不愉快的情况，我们集中于CNT的化学改性。通过附着原子氢使CNT氢化，然后，通过吸电子基团（-CN）部分地使氢化的CNT官能化。我们发现ZnX QD和CN官能化的氢化CNT纳米复合材料表现出预期的II型能带排列，并在6.73％至8.38％的范围内实现了较高的PCE，使其与以前报道的其他混合太阳能电池格外竞争。
更新日期：2020-03-30
中文翻译：
ZnX（X = S，Se，Te）QD / CNT无机/有机杂化纳米复合材料光伏性能的比较研究
通过了解电荷产生，分离和重组动力学来设计有效的无机/有机混合光收集系统是提高光伏电池功率转换效率（PCE）的重要途径。使用密度泛函方法，我们探索了最近合成的ZnX（X = S，Se，Te）QD /碳纳米管（CNT）纳米复合材料的光伏性能。有趣的是，ZnX QD / CNT纳米复合材料表现出II型能带排列，其中空穴和电子载流子分别位于ZnX QD和CNT上。但是，ZnX QD的最高占据分子轨道与CNT的导带最小之间的能量差很小（0.09-0.26 eV），这意味着在ZnX：CNT界面进行电子-空穴复合的可能性很大。为了克服这种不愉快的情况，我们集中于CNT的化学改性。通过附着原子氢使CNT氢化，然后，通过吸电子基团（-CN）部分地使氢化的CNT官能化。我们发现ZnX QD和CN官能化的氢化CNT纳米复合材料表现出预期的II型能带排列，并在6.73％至8.38％的范围内实现了较高的PCE，使其与以前报道的其他混合太阳能电池格外竞争。
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