Graphene quantum dots (GQDs) hold promise as co-sensitizers in dye-sensitized solar cells (DSSCs) due to their excellent light-harvesting capabilities. However, their intrinsic limitations in electron transport can hinder overall device performance. This study investigates the impact of heteroatom-doping with nitrogen (N), fluorine (F), and sulfur (S) on the performance of GQDs as co-sensitizers for N719 dye in DSSCs. The heteroatom-doped GQDs (NFS-GQDs) enhance light harvesting compared to pristine GQDs, extending absorption into the UV region. Photoluminescence quenching data confirms efficient electron injection from both GQDs and NFS-GQDs to the TiO₂ conduction band, exhibiting superior electron injection efficiency. Among the co-sensitized cells, 20 wt.% doping level achieves the highest power conversion efficiency of 4.33 %. Besides, electron transport and electronic structure were investigated in detail to understand the interaction of the TiO₂/NFS-GQDs+N719 interface. The findings suggest that NFS-doping GQDs offer a promising strategy for developing efficient co-sensitizers for DSSCs.

中文翻译：

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用于 TiO2 基染料敏化太阳能电池的杂原子掺杂石墨烯量子点中的电子传递


石墨烯量子点 （GQD） 由于其出色的光捕获能力，有望成为染料敏化太阳能电池 （DSSC） 中的共敏化剂。然而，它们在电子传输中的固有限制会阻碍器件的整体性能。本研究调查了氮 （N）、氟 （F） 和硫 （S） 杂原子掺杂对 GQD 作为 DSSC 中 N719 染料共敏剂的性能的影响。与原始 GQD 相比，杂原子掺杂 GQD （NFS-GQD） 增强了光捕获，将吸收扩展到 UV 区域。光致发光猝灭数据证实了从 GQD 和 NFS-GQD 到 TiO₂ 导带的高效电子注入，表现出优异的电子注入效率。在共敏化电池中，20 wt.% 掺杂水平实现了 4.33% 的最高功率转换效率。此外，详细研究了电子传输和电子结构，以了解 TiO₂/NFS-GQDs+N719 界面的相互作用。研究结果表明，NFS 掺杂 GQD 为开发有效的 DSSC 助敏剂提供了一种很有前途的策略。