Efficiency Enhancement of Single‐Walled Carbon Nanotube‐Silicon Heterojunction Solar Cells Using Microwave‐Exfoliated Few‐Layer Black Phosphorus

材料科学 磷烯 碳纳米管 剥脱关节 轨道能级差 硅 光活性层 异质结 能量转换效率 纳米技术 光电子学 聚合物太阳能电池 带隙 石墨烯 有机化学 化学 分子
作者
Munkhjargal Bat‐Erdene,Munkhbayar Batmunkh,Sherif Abdulkader Tawfik,Marco Fronzi,Michael J. Ford,Cameron James Shearer,LePing Yu,Mahnaz Dadkhah,Jason R. Gascooke,Christopher T. Gibson,Joseph George Shapter
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:27 (48) 被引量:52
标识
DOI:10.1002/adfm.201704488
摘要

Abstract Carbon nanotube‐silicon (CNT‐Si)‐based heterojunction solar cells (HJSCs) are a promising photovoltaic (PV) system. Herein, few‐layer black phosphorus (FL‐BP) sheets are produced in N‐methyl‐2‐pyrrolidone (NMP) using microwave‐assisted liquid‐phase exfoliation and introduced into the CNTs‐Si‐based HJSCs for the first time. The NMP‐based FL‐BP sheets remain stable after mixing with aqueous CNT dispersion for device fabrication. Due to their unique 2D structure and p‐type dominated conduction, the FL‐BP/NMP incorporated CNT‐Si devices show an impressive improvement in the power conversion efficiency from 7.52% (control CNT‐Si cell) to 9.37%. Our density‐functional theory calculation reveals that lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of FL‐BP is higher in energy than that of single‐walled CNT. Therefore, we observed a reduction in the orbitals localized on FL‐BP upon highest occupied molecular orbital to LUMO transition, which corresponds to an improved charge transport. This study opens a new avenue in utilizing 2D phosphorene nanosheets for next‐generation PVs.
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