Il team di ricerca di NUST MISIS ha presentato una struttura migliorata delle celle solari in perovskite. Gli scienziati hanno modificato le celle solari a base di perovskite utilizzando MXenes, sottili carburi di titanio bidimensionali con elevata conduttività elettrica. Le celle modificate a base di MXenes hanno mostrato prestazioni superiori, con efficienza di conversione di potenza superiore al 19% (il riferimento ha dimostrato il 17%) e potenza stabilizzata migliorata rispetto ai dispositivi di riferimento. I risultati sono stati pubblicati nel Nano energia rivista.

Le celle solari in perovskite sono promettenti tecnologie energetiche alternative in tutto il mondo. Possono essere stampati su speciali stampanti a getto d'inchiostro o slot die con una quantità minima di processi sottovuoto. Ciò riduce il costo del dispositivo rispetto alla tradizionale tecnologia delle celle solari al silicio.

Gli altri vantaggi sono la flessibilità (la cella solare può essere realizzata su substrati di PET, materiale comune per le bottiglie di plastica) e la compattezza. Le celle solari in perovskite possono essere montate sulle pareti degli edifici e sulle superfici curve dei tetti panoramici delle automobili, ricevere alimentazione indipendente.

Il modulo di perovskite ha una struttura a sandwich:c'è un processo di raccolta di elettroni tra gli strati. Di conseguenza, l'energia della luce solare viene convertita in energia elettrica. Gli strati sono molto sottili, da 10 a 50 nanometri, e il "sandwich" stesso è più sottile di un capello umano. La raccolta dei portatori di carica nelle celle solari dovrebbe avvenire con perdite minime durante il trasporto degli elettroni. La riduzione di tali perdite nel dispositivo aumenterà la potenza della cella solare.

Un gruppo scientifico di fisici del NUST MISIS e dell'Università di Tor Vergata (Roma, Italia) hanno dimostrato sperimentalmente che l'aggiunta di una piccola quantità di MXene a base di carburo di titanio a strati di perovskite che assorbono la luce migliora il processo di trasporto elettronico e ottimizza le prestazioni della cella solare. Il nome—MXenes deriva dal processo di sintesi. Il materiale è realizzato mediante incisione ed esfoliazione dei carburi metallici atomicamente sottili prerivestiti con alluminio (fasi MAX - carburi e nitruri esagonali stratificati).

"In questo lavoro, dimostriamo un ruolo utile del drogaggio di MXenes sia per lo strato fotoattivo (perovskite) che per lo strato di trasporto di elettroni (fullereni) nella struttura delle celle solari a base di ossido di nichel, ", ha detto il coautore del documento, un ricercatore del NUST MISIS Laboratory for Advanced Solar Energy, la studentessa post-laurea Anastasia Yakusheva. "Da una parte, l'aggiunta di MXenes aiuta ad allineare i livelli di energia all'interfaccia perovskite/fullerene, e, d'altra parte, aiuta a controllare la concentrazione dei difetti nel dispositivo a film sottile, e migliora la raccolta della fotocorrente."

Le celle solari sviluppate con il nuovo approccio hanno mostrato caratteristiche migliorate con un'efficienza di conversione di potenza superiore al 19%. Questo è il 2% in più rispetto ai dispositivi di riferimento.

L'approccio proposto dagli sviluppatori può essere facilmente ridimensionato al formato di moduli e pannelli di grandi dimensioni. Il drogaggio con MXenes non modifica la sequenza di fabbricazione ed è integrato solo nella fase iniziale di preparazione dell'inchiostro senza modifiche all'architettura del dispositivo.