来自NUST MISIS(俄罗斯)和罗马大学Tor Vergata的科学家发现，一种叫做MXene的微观数量的二维碳化钛可以显著提高钙钛矿太阳能电池的电荷收集，最终效率提高了20%以上。研究结果发表在2019年9月9日的《自然材料》上。

 

钙钛矿薄膜太阳能电池是一种很有前途的新型替代能源技术，在世界范围内正在积极发展。其优点之一是生产工艺简单且成本低:钙钛矿太阳能电池可以在特殊的喷墨或槽模打印机上从溶液中打印出来，而不需要像传统硅电池那样使用高温/真空工艺。另一个优点是可以在柔性塑料衬底上制造，比如普通的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。这一特性使得钙钛矿光伏(PV)通过将薄膜安装在墙壁和/或不同的位置，如弯曲的玻璃外墙和窗户，实现了建筑集成。

 

钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏技术，国际上正在努力寻找提高其效率和稳定性的最佳策略。钙钛矿太阳能电池的效率已经可以与占据市场主导地位的硅类似物相媲美(钙钛矿电池的效率记录为25.2%，硅电池的效率为26.7%)，然而，由于一些内部降解因素，钙钛矿太阳能电池仍然不稳定。目前，许多大学和研发公司的研究小组都在为解决钙钛矿电池的稳定性和提高效率而进行调查研究。大多数方法都涉及钙钛矿化学成分的优化、设备界面的稳定和加入新的纳米材料。天富代理主管

 

Aldo Di Carlo和先进太阳能实验室的团队

 

这是Aldo Di Carlo教授和先进太阳能实验室的团队。©Sergey Gnuskov/NUST MISIS

 

一个国际科学家小组从L.A.S.E.(实验室先进的太阳能),部门功能纳米系统和高温材料,都位于雄厚斯,俄罗斯,和Tor Vergata罗马大学由奥尔多·迪卡洛教授提出了一个原始的方法来设计钙钛矿与改进太阳能电池的性能,即使用二维碳化钛化合物称为MXenes涂料钙钛矿。

 

“我们发现，MXenes，由于其独特的二维结构，可以用来调整钙钛矿的表面性质，允许一个新的优化策略，为这个三代太阳能电池。——迪·卡洛教授天富代理主管

 

薄膜钙钛矿太阳能电池具有三明治结构，电荷通过界面从一层移动到另一层，并有选择地在电极上收集，这是太阳能光能转化为电流的结果。简单地说，电子应该从吸收膜转移到电极上，而不会有内能垒引起的损失，而MXene的加入改善了这一过程。

 

“为了提高钙钛矿太阳能电池的效率，我们需要优化设备结构，掌握每一层的界面和体积特性，以改进电极的电荷提取过程，”作者之一、L.AS.E的研究人员Danila Saranin说。评论。为了解决这个问题，我们和意大利同事一起进行了一系列的实验，在钙钛矿太阳能电池中加入了微量的氙。因此，与最初的原型机相比，我们的设备效率提高了25%以上。”

 

在钙钛矿太阳能电池的不同层中依次引入了MXenes:光吸收层、以二氧化钛为基础的电子传输层以及它们之间的界面处。通过分析器件的输出性能，我们发现最有效的配置是将MXenes引入到包括接口在内的所有层的配置。对所得到的结构进行适当的模拟，验证了实验结果。

 

这项工作是独特的:它是第一个不仅描述了一系列的实验和获得的结果，而且还包括一个明确的解释机制发生在改性钙钛矿太阳电池从物理化学的观点。

 

“这项工作的主要结果是识别了半导体的电学性质的变化，这是由于引入MXenes引起的。因此，这种新型纳米材料在大规模生产中具有巨大的应用潜力。

 

目前，该团队正试图稳定最终设备并提高其效率。这项研究是由俄罗斯联邦的政府超大基金资助的。