Solceller med nye grænseflader

Forskere fra NUST MISIS (Rusland) og Tor Vergata-universitetet i Rom fandt ud af, at en mikroskopisk mængde todimensionalt titankarbid kaldet MXene forbedrer væsentligt opsamlingen af ​​elektriske ladninger i en perovskit-solcelle, øge den endelige effektivitet over 20%. Resultaterne af forskningen blev offentliggjort i Naturmaterialer .

Perovskite tyndfilmsolceller er en lovende ny teknologi med alternative energikilder, der aktivt udvikles på verdensplan. En af fordelene er en enkel og lav produktionsproces:perovskite solceller kan udskrives fra løsning på specielle inkjet- eller slot -printere uden brug af høj temperatur/vakuumprocesser som for traditionelle siliciumceller. En anden fordel er muligheden for fremstilling på fleksible plastunderlag, såsom almindeligt polyethylenterephthalat (PET). Denne funktion tillader brug af perovskit fotovoltaik (PV) i bygningsintegration via montering af den tynde film på vægge og/eller forskellige andre steder - såsom buede glasfacader og vinduer.

At være en ny PV -teknologi, bestræbelserne på international forskning er at finde den bedste strategi til at forbedre effektiviteten og stabiliteten af ​​perovskite solceller. Effektiviteten af ​​perovskitsolceller er allerede sammenlignelig med siliciumanaloger, der dominerer markedet (rekordeffektiviteten for en perovskit er 25,2 %, mens det for siliciumceller er 26,7 %), imidlertid, perovskite solceller er stadig ustabile på grund af flere interne nedbrydningsfaktorer. Mange forskergrupper fra universiteter og F &U -virksomheder tvinger i øjeblikket undersøgelser og undersøgelser til løsning af problemer med stabilitet og forbedring af effektiviteten af ​​perovskitceller. De fleste tilgange vedrører optimering af den kemiske sammensætning af perovskit, stabilisering af enhedens grænseflader og inkorporering af nye nanomaterialer.

Et internationalt team af forskere fra L.A.S.E. (Laboratorium for avanceret solenergi), Afdeling for funktionelle nanosystemer og materialer med høj temperatur, begge placeret ved NUST MISIS, Rusland, og Tor Vergata Universitet i Rom, ledet af professor Aldo Di Carlo, foreslog en original tilgang til at designe perovskite solceller med forbedrede præstationer, nemlig brugen af ​​todimensionale titaniumcarbidforbindelser kaldet MXenes til at dope perovskit.

"Vi opdager, at MXenes, på grund af deres unikke todimensionelle struktur, kan bruges til at justere overfladeegenskaber for perovskit, hvilket muliggør en ny optimeringsstrategi for denne tredje generations solcelle, "Professor Di Carlo kommenterer.

Tyndfilm perovskite solceller har en sandwichstruktur, hvor ladninger bevæger sig fra lag til lag gennem grænseflader og selektivt opsamles ved elektroder. Som resultat, solenergi omdannes til elektrisk strøm. Enkelt sagt, elektroner skal transporteres fra absorberfilm til elektroder uden tab, der kan induceres af interne energibarrierer, og MXene -inkorporering forbedrer denne proces.

"For at øge effektiviteten af ​​perovskite solceller, vi er nødt til at optimere enhedsstrukturen og masterinterfacet og bulkegenskaberne for hvert enkelt lag for at forbedre processen med ekstraktion af ladninger til elektroderne, "Danila Saranin, en af ​​forfatterne, forsker ved L.AS.E. kommentarer. "For at løse dette problem, sammen med vores italienske kolleger udførte vi en række eksperimenter ved at inkorporere en mikroskopisk mængde MXener i perovskit -solcellen. Som resultat, vi opnåede forøgelse af effektiviteten for enheder med mere end 25 %, sammenlignet med de originale prototyper. "

MXener blev sekventielt introduceret i forskellige lag af perovskit solcellen:et fotoabsorberende lag, et elektrontransportlag baseret på titandioxid, og i grænsefladen mellem dem. Efter analyse af enhedernes outputydelse, vi fandt ud af, at den mest effektive konfiguration er den, hvor MXenes introduceres til alle lagene, inklusive grænsefladen. De eksperimentelle resultater bekræftes ved passende modellering af de opnåede strukturer.

Dette arbejde er unikt:det er den første rapport, der ikke kun beskrev en række eksperimenter og de opnåede resultater, men indeholder også en klar forklaring på de mekanismer, der forekommer i den modificerede perovskit-solcelle fra fysisk-kemisk synspunkt.

"Hovedresultatet af dette arbejde er identifikation af ændringer i halvlederes elektriske egenskaber, forårsaget af introduktion af MXenes. Derfor, dette nye nanomateriale har et stort potentiale for brug i storskala produktion, "Anna Pazniak, en af ​​forfatterne, tilføjer.

I øjeblikket, holdet forsøger at stabilisere den resulterende enhed og øge dens effektivitet. Undersøgelsen blev finansieret inden for Megagrant fra regeringen i Den Russiske Føderation.