Een nieuwe modifier verhoogt de efficiëntie van perovskiet-zonnecellen

Het onderzoeksteam van NUST MISIS heeft een verbeterde structuur van perovskiet-zonnecellen gepresenteerd. Wetenschappers hebben op perovskiet gebaseerde zonnecellen gemodificeerd met MXenes – dunne tweedimensionale titaniumcarbiden met een hoge elektrische geleidbaarheid. De op MXenes gebaseerde gemodificeerde cellen vertoonden superieure prestaties, met een energieconversie-efficiëntie van meer dan 19% (de referentie toonde 17% aan) en een verbeterd gestabiliseerd vermogen ten opzichte van referentieapparaten. De resultaten zijn gepubliceerd in het Nano-energie logboek.

Perovskiet-zonnecellen zijn wereldwijd veelbelovende alternatieve energietechnologie. Ze kunnen worden bedrukt 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 daken van auto’s worden gemonteerd en ontvangen een onafhankelijke stroomvoorziening.

De perovskietmodule heeft een sandwichstructuur: er is een proces waarbij elektronen tussen de lagen worden verzameld. Hierdoor wordt de energie van zonlicht omgezet in elektrische energie. De lagen zijn erg dun – van 10 tot 50 nanometer, en de “sandwich” zelf is dunner dan een mensenhaar. Het verzamelen van de ladingsdragers in de zonnecellen zou met minimale verliezen moeten gaan tijdens elektronentransport. Het verminderen 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) heeft experimenteel aangetoond dat de toevoeging van een kleine hoeveelheid op titaniumcarbide gebaseerde MXenen aan lichtabsorberende perovskietlagen het elektronische transportproces verbetert en de prestaties optimaliseert. van de zonnecel. De naam – MXenes komt van het syntheseproces. Het materiaal is gemaakt door etsen en afschilfering van de atomair dunne metaalcarbiden die vooraf zijn bedekt met aluminium (MAX-fasen – gelaagde hexagonale carbiden en nitriden).

“In dit werk demonstreren we 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. “ Enerzijds helpt de toevoeging van MXenes om de energieniveaus op de perovskiet / fullereen-interface op één lijn te brengen, en anderzijds helpt het om de concentratie van defecten in het dunne-filmapparaat te beheersen en verbetert het de verzameling van fotostroom. “

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

De aanpak die door de ontwikkelaars wordt voorgesteld, kan eenvoudig worden geschaald naar het formaat van modules en panelen met een groot oppervlak. Doping met MXenes verandert de fabricagevolgorde niet en wordt alleen geïntegreerd in de beginfase van de inktvoorbereiding zonder de architectuur van het apparaat te wijzigen.