Axially Growing Carbon Quantum Ribbon with 2D Stacking Control for High‐Stability Solar Cell

堆积 材料科学 量子产额 光电子学 光致发光 量子效率 量子点 太阳能电池 能量转换效率 激子 纳米技术 光学 化学 凝聚态物理 物理 有机化学 荧光
作者
Yuxin Shi,Yongshuai Gong,Yang Zhang,Yunchao Li,Xiaohong Li,Zhan’ao Tan,Louzhen Fan
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
被引量:4
标识
DOI:10.1002/advs.202400817
摘要

Abstract Although power conversion efficiency (PCE) of solar cells (SCs) continues to improve, they are still far from practical application because of their complex synthesis process, high cost and inferior operational stability. Carbon quantum dots with high material stability and remarkable photoluminescence are successfully used in light‐emitting diodes. A good light emitter should also be an efficient SC according to the photon balance in Shockley–Quieisser formulation, in which all excitons are ultimately separated. However, the finite quantum‐sized sp 2 domain leads to tight exciton bonding, and highly delocalized electron clouds in irregular molecular stacks form disordered charge transfer, resulting in severe energy loss. Herein, an axially growing carbon quantum ribbon (AG‐CQR) with a wide optical absorption range of 440–850 nm is reported. Structural and computational studies reveal that AG‐CQRs (aspect ratio ≈2:1) with carbonyl groups at both ends regulate energy level and efficiently separate excitons. The stacking‐controlled two‐dimensional AG‐CQR film further directionally transfers electrons and holes, particularly in AB stacking mode. Using this film as active layer alone, the SCs yield a maximum PCE of 1.22%, impressive long‐term operational stability of 380 h, and repeatability. This study opens the door for the development of new‐generation carbon‐nanomaterial‐based SCs for practical applications.

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