Het onderzoeksteam van NUST MISIS heeft een verbeterde structuur van perovskiet-zonnecellen gepresenteerd. Wetenschappers hebben op perovskiet gebaseerde zonnecellen gemodificeerd met behulp van MXenes - dunne tweedimensionale titaniumcarbiden met een hoge elektrische geleidbaarheid. De op MXenes gebaseerde gemodificeerde cellen vertoonden superieure prestaties, met een stroomconversie-efficiëntie van meer dan 19% (de referentie toonde 17% aan) en verbeterde gestabiliseerde stroomoutput met betrekking tot referentie-apparaten. De resultaten zijn gepubliceerd in de Nano-energie logboek.

Perovskiet-zonnecellen zijn wereldwijd veelbelovende alternatieve energietechnologie. Ze kunnen worden afgedrukt op speciale inkjet- of slot-die-printers met een minimale hoeveelheid vacuümprocessen. Dit verlaagt de kosten van het apparaat in vergelijking met traditionele silicium zonneceltechnologie.

Hun andere voordelen zijn flexibiliteit (de zonnecel kan worden gemaakt op substraten van PET, een veelgebruikt materiaal voor plastic flessen) en compactheid. Perovskiet-zonnecellen kunnen op de muren van gebouwen en gebogen oppervlakken van panoramische autodaken worden gemonteerd, onafhankelijke voeding ontvangen.

De perovskietmodule heeft een sandwichstructuur:er is een proces van het verzamelen van elektronen tussen de lagen. Als resultaat, de energie van zonlicht wordt omgezet in elektrische energie. De lagen zijn erg dun - van 10 tot 50 nanometer, en de "sandwich" zelf is dunner dan een mensenhaar. Het opvangen van de ladingsdragers in de zonnecellen moet met minimale verliezen gebeuren tijdens het elektronentransport. De vermindering van dergelijke verliezen in het apparaat zal het vermogen van de zonnecel vergroten.

Een wetenschappelijke groep natuurkundigen van NUST MISIS en de Universiteit van Tor Vergata (Rome, Italië) hebben experimenteel aangetoond dat de toevoeging van een kleine hoeveelheid MXenen op basis van titaniumcarbide aan lichtabsorberende perovskietlagen het elektronische transportproces verbetert en de prestaties van de zonnecel optimaliseert. De naam MXenes komt van het syntheseproces. Het materiaal is gemaakt door etsen en exfoliëren van de atomair dunne metaalcarbiden die vooraf zijn gecoat met aluminium (MAX-fasen - gelaagde zeshoekige carbiden en nitriden).

"In dit werk, we demonstreren een nuttige rol van MXenes-doping, zowel voor de fotoactieve laag (perovskiet) als voor de elektronentransportlaag (fullerenen) in de structuur van zonnecellen op basis van nikkeloxide, " zei de co-auteur van het artikel, een onderzoeker van het NUST MISIS Laboratory for Advanced Solar Energy, postdoctorale student Anastasia Yakusheva. "Aan de ene kant, de toevoeging van MXenen helpt om de energieniveaus op de perovskiet/fullereen-interface op één lijn te brengen, en, anderzijds, het helpt de concentratie van defecten in het dunnefilmapparaat te beheersen, en verbetert de verzameling van fotostroom."

De zonnecellen die met de nieuwe aanpak zijn ontwikkeld, hebben verbeterde eigenschappen laten zien met een stroomconversie-efficiëntie van meer dan 19%. Dit is 2% meer in vergelijking met de referentietoestellen.

De door de ontwikkelaars voorgestelde aanpak kan eenvoudig worden geschaald naar het formaat van modules en grote panelen. Doping met MXenes verandert de fabricagevolgorde niet en wordt alleen geïntegreerd in de beginfase van de inktvoorbereiding zonder wijzigingen in de architectuur van het apparaat.