Enhancing the short-circuit current and power conversion efficiency of polymer solar cells with graphene quantum dots derived from double-walled carbon nanotubes

2013年8月23日 NPG Asia Materials 5, e8 (2013) doi:10.1038/am.2013.38


福州大学(中国)のFushan LiおよびTailiang Guoを中心とする研究チームはこのたび、従来の設計にグラフェン量子ドットを加えることによって、高効率なポリマー太陽電池を作製した。ポリマー太陽電池は、シリコン系太陽電池よりも軽くて作製しやすく、環境にも優しいため、特に期待されているが、吸収した太陽光をまだ十分に変換できないことから実用化は進んでいない。ポリマー太陽電池の活性層は、共役ポリマーであるポリ(3-ヘキシルチオフェン)などの電子ドナー材料と、フラーレン誘導体などの電子アクセプター材料からなる。最近の研究では、太陽電池の電子アクセプターとしてグラフェン量子ドットを用いると、良好な安定性と低コストというメリットが得られるものの、性能が相対的に悪くなることが明らかになっていた。ところが今回、研究チームがポリマー太陽電池のフラーレン系電子アクセプターに、2層カーボンナノチューブから作製したグラフェン量子ドットを、電子アクセプターの代わりではなくそれに追加する形で組み込んだところ、エネルギー変換効率が著しく増加した。

Fushan Li, Lijie Kou, Wei Chen, Chaoxing Wu & Tailiang Guo

Graphene quantum dots: Solar cell ingredient
Fushan Li, Tailiang Guo and co-workers from Fuzhou University, China, have constructed an efficient polymer solar cell by adding graphene quantum dots to a conventional design. Lighter than their silicon-based counterparts, easier to fabricate and more environmentally friendly, polymer solar cells show particular promise but do not yet convert enough of the sunlight they absorb for practical application. The active layer of such solar cells comprises an electron-donating material — often the conjugated polymer poly(3-hexylthiophene) — and an electron-accepting one, such as a fullerene derivative. The use of graphene quantum dots as the electron acceptor has recently been shown to endow a photovoltaic device with good stability and low cost but also a relatively poor performance. Li, Guo and their colleagues have now incorporated graphene quantum dots — prepared from double-walled carbon nanotubes — in addition to, rather than instead of, the fullerene-based electron acceptor of a polymer solar cell, significantly enhancing its energy conversion efficiency.


NPG Asia Materials ISSN 1884-4049(Print) ISSN 1884-4057(Online)