A photon-to-current efficiency of 2.93% is received for the Mn-doped CdS (MCdS)-quantum dot sensitized solar cells (QDSSCs) using Mn:ZnO (MZnO) nanowire as photoanode. Hydrothermal synthesized MZnO are spin-coated on fluorine doped tin oxide (FTO) glass with P25 paste to serve as photoanode after calcinations. MCdS was deposited on the MZnO film by the successive ionic layer adsorption and reaction method. The long lived excitation energy state of Mn2+ is located inside the conduction band in the wide bandgap ZnO and under the conduction band of CdS, which increases the energetic overlap of donor and acceptor states, reducing the “loss-in-potential,” inhibiting charge recombination, and accelerating electron injection. The engineered band structure is well reflected by the electrochemical band detected using cyclic voltammetry. Cell performances are evidenced by current density-voltage (J-V) traces, diffuse reflectance spectra, transient PL spectroscopy, and incident photon to current conversion efficiency characterizations. Further coating of CdSe on MZnO/MCdS electrode expands the light absorption band of the sensitizer, an efficiency of 4.94% is received for QDSSCs.

1.
C. H. M.
Chunag
,
P. R.
Brown
,
V.
Bulovic
, and
M. G.
Bawendi
,
Nat. Mater.
13
,
796
(
2014
).
2.
M. Y.
Sun
,
D. H.
Zhu
,
W. Y.
Ji
,
P. T.
Jing
,
X. Y.
Wang
,
W. D.
Xiang
, and
J. H.
Zhao
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
5
,
12681
(
2013
).
3.
R.
Ahmed
,
L.
Zhao
,
A. J.
Mozer
,
G.
Will
,
J.
Bell
, and
H. X.
Wang
,
J. Phys. Chem. C
119
,
2297
(
2015
).
4.
K.
Zhao
,
Z. X.
Pan
,
I.
Mora-Seró
,
E.
Cánovas
,
H.
Wang
,
Y.
Song
,
X. Q.
Gong
,
J.
Wang
,
M.
Bonn
,
J.
Bisquert
, and
X. H.
Zhong
,
J. Am. Chem. Soc.
137
,
5602
(
2015
).
5.
J. W.
Lee
,
D. Y.
Son
,
T. K.
Ahn
,
H. W.
Shin
,
I. Y.
Kim
,
S. J.
Hwang
,
M. J.
Ko
,
S.
Sul
,
H.
Han
, and
N. G.
Park
,
Sci. Rep.
3
,
1050
(
2013
).
6.
P. K.
Santra
and
P. V.
Kamat
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
2508
(
2012
).
7.
J. H.
Luo
,
H. Y.
Wei
,
Q. L.
Huang
,
X.
Hu
,
H. F.
Zhao
,
R. C.
Yu
,
D. M.
Li
,
Y. H.
Luo
, and
Q. B.
Meng
,
Chem. Commun.
49
,
3881
(
2013
).
8.
Z. B.
Huang
,
X. P.
Zou
, and
H. Q.
Zhou
,
Mater. Lett.
95
,
139
(
2013
).
9.
Y. C.
Park
,
E. H.
Kong
,
Y. J.
Chang
,
B. G.
Kum
, and
H. M.
Jang
,
Electrochim. Acta.
56
,
7371
(
2011
).
10.
Y. H.
Lee
,
S. H.
Im
,
J. H.
Lee
, and
S. I.
Seok
,
Electrochim. Acta.
56
,
2087
(
2011
).
11.
S. W.
Jung
,
J. H.
Kim
,
H.
Kim
,
C. J.
Choi
, and
K. S.
Ahn
,
J. Appl. Phys.
110
,
044313
(
2011
).
12.
W. T.
Sun
,
Y.
Yu
,
H. Y.
Pan
,
X. F.
Gao
,
Q.
Chen
, and
L. M.
Peng
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
1124
(
2008
).
13.
L.
Li
,
X. C.
Yang
,
J. J.
Gao
,
H. N.
Tian
,
J. Z.
Zhao
,
A.
Hagfeldt
, and
L. C.
Sun
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
8458
(
2011
).
14.
M. C.
Hanna
and
A. J.
Nozik
,
J. Appl. Phys.
100
,
074510
(
2006
).
15.
J.
Wang
,
I.
Mora-Seró
,
Z.
Pan
,
K.
Zhao
,
H.
Zhang
,
Y.
Feng
,
G.
Yang
,
X. H.
Zhong
, and
J.
Bisquert
,
J. Am. Chem. Soc.
135
,
15913
(
2013
).
16.
G.
Zhu
,
Z. J.
Cheng
,
T.
Lv
,
L. K.
Pan
,
Q. F.
Zhao
, and
Z.
Sun
,
Nanoscale
2
,
1229
(
2010
).
17.
X. C.
Dou
,
D.
Sabba
,
N.
Mathews
,
L. H.
Wong
,
Y. M.
Lam
, and
S.
Mhaisalkar
,
Chem. Mater.
23
,
3938
(
2011
).
18.
C. J.
Raj
,
K.
Prabakar
,
S. N.
Karthick
,
K. V.
Hemalatha
,
M. K.
Son
, and
H. J.
Kim
,
J. Phys. Chem. C
117
,
2600
(
2013
).
19.
H. C.
Pang
,
H. B.
Yang
,
C. X.
Guo
, and
C. M.
Li
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
4
,
6261
(
2012
).
20.
Y. N.
Xie
,
N.
Huang
,
S. J.
You
,
Y. M.
Liu
,
B.
Sebo
,
L. L.
Liang
,
X. L.
Fang
,
W.
Liu
,
S. S.
Guo
, and
X. Z.
Zhao
,
J. Power Sources
224
,
168
(
2013
).
21.
J. X.
Zhao
,
X. H.
Lu
,
Y. Z.
Zheng
,
S. Q.
Bi
,
X.
Tao
,
J. F.
Chen
, and
W. L.
Zhou
,
Electrochem. Commun.
32
,
14
(
2013
).
22.
T.
Shu
,
P.
Xiang
,
Z. M.
Zhou
,
H.
Wang
,
G. H.
Liu
,
H. W.
Han
, and
Y. D.
Zhao
,
Electrochim. Acta
68
,
166
(
2012
).
23.
P.
Sudhagar
,
K.
Asokan
,
E.
Ito
, and
Y. S.
Kang
,
Nanoscale
4
,
2416
(
2012
).
24.
P. S.
Archana
,
E. N.
Kumar
,
C.
Vijila
,
S.
Ramakrishna
,
M. M.
Yusoff
, and
R.
Jose
,
Dalton Trans.
42
,
1024
(
2013
).
25.
S.
Sadhu
and
P.
Poddar
,
RSC Adv
3
,
10363
(
2013
).
26.
X. J.
Feng
,
K.
Shankar
,
M.
Paulose
, and
C. A.
Grimes
,
Angew. Chem. Int. Ed.
48
,
8095
(
2009
).
27.
T. R. C. K.
Wijayarathna
,
G. M. L. P.
Aponsu
,
Y. P. Y. P.
Ariyashinghe
,
E. V. A.
Premalal
,
G. K. R.
Kumara
, and
K.
Tennakone
,
Nanotechnol
19
,
485703
(
2008
).
28.
D. F.
Watson
and
G. J.
Meyer
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
56
,
119
(
2005
).
29.
H. J.
Snaith
,
Adv. Funct. Mater.
20
,
13
(
2010
).
30.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4953107 for more information about the details of the experiment, Powder XRD patterns of the products, SEM images of pure ZnO nanowires and MZnO nanowires, J-V curves and IPCE spectra of QDSCs with ZnO/MCdS/CdSe and MZnO/MCdS/CdSe electrodes, IPCE spectra of QDSSCs with ZnO/CdS; MZnO/CdS; ZnO/MCdS and MZnO/MCdS electrodes, and diffuse reflectance spectra of semiconductor films: undoped ZnO; MZnO; ZnO/CdS; MZnO/CdS; ZnO/MCdS and MZnO/MCdS electrodes.
31.
B.
Tan
and
Y. Y.
Wu
,
J. Phys. Chem. B
110
,
15932
(
2006
).
32.
Q.
Hu
,
C. C.
Wu
,
L. Q.
Cao
,
B.
Chi
,
J.
Pu
, and
L.
Jian
,
J. Power Sources
226
,
8
(
2013
).
33.
Y.
Bai
,
H.
Yu
,
Z.
Li
,
R.
Amal
,
G. Q.
Lu
, and
L. Z.
Wang
,
Adv. Mater.
24
,
5850
(
2012
).
34.
G. W.
Yang
,
C. C.
Miao
,
Z. H.
Bu
,
Q.
Wang
, and
W. Y.
Guo
,
J. Power Sources
233
,
74
(
2013
).
35.
G. W.
Yang
,
Q.
Wang
,
C. C.
Miao
,
Z. H.
Bu
, and
W. Y.
Guo
,
J. Mater. Chem. A
1
,
3112
(
2013
).
36.
Y. Z.
Zheng
,
J. X.
Zhao
,
H.
Zhang
,
J. F.
Chen
,
W. L.
Zhou
, and
X.
Tao
,
Chem. Commun.
47
,
11519
(
2011
).
37.
C. Y.
Chou
,
C. T.
Li
,
C. P.
Lee
,
L. Y.
Lin
,
M. H.
Yeh
,
R.
Vittal
, and
K. C.
Ho
,
Electrochim. Acta
88
,
35
(
2013
).
38.
R.
Zhang
,
Q. P.
Luo
,
H. Y.
Chen
,
X. Y.
Yu
,
D. B.
Kuang
, and
C. Y.
Su
,
ChemPhysChem
13
,
1435
(
2012
).
39.
Y. C.
Lu
,
Y. H.
Lin
,
T. F.
Xie
,
S. L.
Shi
,
H. M.
Fan
, and
D. J.
Wang
,
Nanoscale
4
,
6393
(
2012
).
40.
Y. F.
Yang
,
Y. G.
Li
,
L. P.
Zhu
,
H. P.
He
,
L.
Hu
,
J. Y.
Huang
,
F. C.
Hu
,
B.
He
, and
Z. Z.
Ye
,
Nanoscale
5
,
10461
(
2013
).
41.
H.
Mathieu
,
T.
Richard
,
J.
Allègre
,
P.
Lefebvre
,
G.
Arnaud
,
W.
Granier
,
L.
Boudes
,
J. L.
Marc
,
A.
Pradel
, and
M.
Ribes
,
J. Appl. Phys.
77
,
287
(
1995
).
42.
R. N.
Bhargava
,
V.
Chhabra
,
T.
Som
,
A.
Ekimov
, and
N.
Taskar
,
Phys. Status Solidi B
229
,
897
(
2002
).
43.
R.
Beaulac
,
P. I.
Archer
, and
D. R.
Gamelin
,
J. Solid State Chem.
181
,
1582
(
2008
).
44.
K. R.
Kittilstved
,
W. K.
Liu
, and
D. R.
Gamelin
,
Nat. Mater.
5
,
291
(
2006
).
45.
Y. S.
Wang
,
P. J.
Thomas
, and
P.
O'Brien
,
J. Phys. Chem. B
110
,
21412
(
2006
).
46.
Z. W.
Jin
,
Y. Z.
Yoo
,
T.
Sekiguchi
,
T.
Chikyow
,
H.
Ofuchi
,
H.
Fujioka
,
M.
Oshima
, and
H.
Koinuma
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
39
(
2003
).
47.
J. R.
Neal
,
A. J.
Behan
,
R. M.
Ibrahim
,
H. J.
Blythe
,
M.
Ziese
,
A. M.
Fox
, and
G. A.
Gehring
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
197208
(
2006
).
48.
S. K.
Haram
,
B. M.
Quinn
, and
A. J.
Bard
,
J. Am. Chem. Soc.
123
,
8860
(
2001
).
49.
E.
Kucur
,
J.
Riegler
,
G. A.
Urban
, and
T.
Nann
,
J. Chem. Phys.
119
,
2333
(
2003
).
50.
R.
Beaulac
,
P. I.
Archer
,
X. Y.
Liu
,
S. H.
Lee
,
G. M.
Salley
,
M.
Dobrowolska
,
J. K.
Furdyna
, and
D. R.
Gamelin
,
Nano Lett.
8
,
1197
(
2008
).
51.
H.
Gerischer
, in
Physical Chemistry: An Advanced Treatise
, edited by
H.
Eyring
,
D.
Henderson
, and
W.
Jost
(
Academic Press
,
New York
,
1970
), pp.
463
542
.
52.
G. L.
Yang
,
G. Y.
Xu
,
B. K.
Chen
,
S. Y.
Zou
,
R. B.
Liu
,
H. Z.
Zhong
, and
B. S.
Zou
,
Chem. Mater.
25
,
3260
(
2013
).
53.
S.
Maiti
,
H. Y.
Chen
,
Y.
Park
, and
D. H.
Son
,
J. Phys. Chem. C
118
,
18226
(
2014
).
54.
H. Y.
Chen
,
S.
Maiti
, and
D. H.
Son
,
ACS Nano
6
,
583
(
2012
).
55.
B.
Sambandam
,
N.
Rajendran
,
M.
Kanagaraj
,
S.
Arumugam
, and
P. T.
Manoharan
,
J. Phys. Chem. C
115
,
11413
(
2011
).
56.
D. S.
Kim
,
Y. J.
Cho
,
J.
Park
,
J.
Yoon
,
Y.
Jo
, and
M. H.
Jung
,
J. Phys. Chem. C
111
,
10861
(
2007
).
57.
B.
Yang
,
X. C.
Shen
,
H. C.
Zhang
,
Y. P.
Cui
, and
J. Y.
Zhang
,
J. Phys. Chem. C
117
,
15829
(
2013
).
58.
H.
Yang
,
P. H.
Holloway
,
G.
Cunningham
, and
K. S.
Schanze
,
J. Chem. Phys.
121
,
10233
(
2004
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.