Forskargruppen från NUST MISIS har presenterat en förbättrad struktur av perovskitsolceller. Forskare har modifierat perovskitbaserade solceller med MXenes - tunna tvådimensionella titankarbider med hög elektrisk ledningsförmåga. De MXenes-baserade modifierade cellerna visade överlägsen prestanda, med effektomvandlingseffektivitet som överstiger 19 % (referensen visade 17 %) och förbättrad stabiliserad uteffekt med avseende på referensenheter. Resultaten har publicerats i Nanoenergi tidning.

Perovskite solceller lovar alternativ energiteknik över hela världen. De kan skrivas ut på speciella bläckstråle- eller slitsskrivare med minimal mängd vakuumprocesser. Detta minskar kostnaden för enheten jämfört med traditionell kiselsolcellsteknik.

Deras andra fördelar är flexibilitet (solcellen kan tillverkas på substrat av PET, ett vanligt material för plastflaskor) och kompakthet. Perovskite solceller kan monteras på väggarna i byggnader och böjda ytor av bilpanoramatak, ta emot oberoende strömförsörjning.

Perovskitmodulen har en sandwichstruktur:det finns en process för att samla elektroner mellan lagren. Som ett resultat, solljusets energi omvandlas till elektrisk energi. Skikten är mycket tunna - från 10 till 50 nanometer, och själva "smörgåsen" är tunnare än ett människohår. Uppsamlingen av laddningsbärarna i solcellerna ska gå med minimala förluster vid elektrontransport. Minskningen av sådana förluster i enheten kommer att öka kraften hos solcellen.

En vetenskaplig grupp av fysiker från NUST MISIS och University of Tor Vergata (Rom, Italien) har experimentellt visat att tillsatsen av en liten mängd titankarbidbaserade MXener till ljusabsorberande perovskitskikt förbättrar den elektroniska transportprocessen och optimerar solcellens prestanda. Namnet – MXenes kommer från syntesprocessen. Materialet är tillverkat genom etsning och exfoliering av de atomärt tunna metallkarbiderna förbelagda med aluminium (MAX faser—skiktade hexagonala karbider och nitrider).

"I det här arbetet, vi visar en användbar roll för MXenes-dopning både för det fotoaktiva skiktet (perovskit) och för elektrontransportskiktet (fullerener) i strukturen av solceller baserade på nickeloxid, sa medförfattaren till tidningen, en forskare från NUST MISIS Laboratory for Advanced Solar Energy, doktorand Anastasia Yakusheva. "Å ena sidan, tillägget av MXener hjälper till att anpassa energinivåerna vid perovskit/fulleren-gränssnittet, och, å andra sidan, det hjälper till att kontrollera koncentrationen av defekter i tunnfilmsanordningen, och förbättrar insamlingen av fotoström."

Solcellerna som utvecklats med det nya tillvägagångssättet har visat förbättrade egenskaper med en effektomvandlingseffektivitet på över 19 %. Detta är 2 % mer jämfört med referensenheterna.

Tillvägagångssättet som föreslås av utvecklarna kan lätt skalas till formatet av moduler och paneler med stor yta. Doping med MXenes ändrar inte tillverkningssekvensen och integreras endast i det inledande skedet av bläckberedning utan ändringar i enhetens arkitektur.