Изследователи от Университета за електронни науки и технологии са създали перовскитна слънчева клетка с добавяне на MXene – двуизмерен материал с висока проводимост, термична стабилност и химическа устойчивост. Новата клетка постига ефективност на преобразуване на енергията от 25,13%, абсорбира по-добре светлината и запазва 80% от първоначалната си ефективност след 500 часа работа.

Ti₃C₂Tₓ, известен като MXene, е двуизмерен материал на основата на титанов карбид, в който някои от въглеродните атоми са заменени с кислород или флуор. Той е подобен на графена и има уникални оптоелектронни свойства: висока подвижност на носителите на заряд, отлична метална проводимост, висока оптична пропускливост и настройваема работа на изхода. Благодарение на тези характеристики MXene се считат за обещаващи компоненти за създаване на ефективни фотоволтаични устройства.

Соларната клетка е конструирана с помощта на стъклена подложка от индиев калаен оксид (ITO), слой за пренос на електрони (SnO₂), перовскитен абсорбер с MXene, слой за пренос на дупки на базата на Spiro-OMeTAD и златен електрод. Въвеждането на MXene е позволило да се получи перовскитен филм с дебелина само 15,2 nm вместо 24,9 nm при стандартния материал. Това подобрява морфологията на повърхността и дава възможност за по-ефективно разсейване на топлината. Нанопластовете Ti₃C₂Tₓ също така насърчават равномерния растеж на зърната, като увеличават абсорбцията на светлина във видимия спектър.

Учените са анализирали клетката с помощта на две техники – енергийно-дисперсна спектроскопия и рентгенова фотоелектронна спектроскопия. Проучването показа, че атомите на титана (Ti) са равномерно разпределени в целия перовскитов филм и спомагат за преразпределението на електроните в определени региони. Това подобрява топлопроводимостта и намалява дефектите на границите на зърната.

При стандартни условия на осветление новата слънчева клетка показва ефективност на преобразуване на енергията от 25,13%, напрежение на празен ход от 1,177 V, плътност на тока на късо съединение от 25,29 mA/cm² и коефициент на запълване от 84,4%. За сравнение, подобна перовскитна клетка без МХен постига съответно 23,70%, 1,145 V, 25,18 mA/cm² и 82,2%.

Устройството се характеризира и със своята стабилност: след 500 часа при 85% относителна влажност то запазва 80% от първоначалната си производителност. Това прави технологията обещаваща за дългосрочна работа в реални условия.

Учените отбелязват, че основната пречка пред комерсиализацията остава високата цена и сложността на производството на Ti₃C₂Tₓ. За да преодолеят тези ограничения, те планират да оптимизират методите за синтез и да проучат алтернативни MXene материали.