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浴日光能钙钛矿
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[交流]
MXene基钙钛矿太阳能电池效率达25.13%
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中国电子科技大学（UESTC）的研究人员最近开发了一种钙钛矿太阳能电池，其认证功率转换效率为25.13%。这是通过将二维碳化钛（称为 MXene）作为多功能添加剂掺入钙钛矿吸光层中来实现的。 新的电池结构具有玻璃和氧化铟锡 （ITO） 的衬底、由二氧化锡（SnO₂）制成的电子传输层、MXene 改性的钙钛矿吸收层、使用 Spiro-OMeTAD 的空穴传输层和金金属电极。 MXenes 以其卓越的金属电导率、高电荷载流子迁移率和可调表面特性而闻名。当 Ti₃C₂TₓMXene 纳米片嵌入钙钛矿层时，它们作为一种多功能组件，同时增强散热和光电性能。 “太阳能研究界一直在寻找一种可以同时优化电荷提取、增强稳定性并易于加工的材料。MXene 的多功能优势凸显了其在构建钙钛矿太阳能电池方面的巨大潜力，不仅具有高功率转换效率，而且具有出色的热稳定性，“研究团队表示。 MXene 添加剂最关键的功能之一是它在热管理中的作用。在持续的阳光照射下，太阳能电池内部的热量积聚是性能下降的主要原因。研究小组证明，Ti₃C₂Tₓ纳米片的掺入在钙钛矿薄膜内创造了有效的热传导途径。这使该层的导热系数从 0.236 W·m⁻¹·K⁻¹ 至 0.413 W·m⁻¹·K⁻¹。因此，太阳能电池在标准照明条件下的工作温度降低了约3°C，从42.96°C降低到39.97°C，显着减轻了热引起的退化。 除了热管理之外，MXene 纳米片还具有多种其他优势。它们在钙钛矿晶体的晶界处充当有效的缺陷钝化剂，减少了电荷复合损耗。这导致了更均匀、更光滑的钙钛矿薄膜，晶粒尺寸更大，薄膜粗糙度从 24.9 nm 降低到 15.2 nm 就证实了这一点。此外，改性钙钛矿薄膜在可见光区域表现出更强的光吸收能力。 这些改进的综合效果导致了令人印象深刻的性能。冠军器件实现了25.13%的功率转换效率，较不带MXene的参考电池的23.70%效率大幅提升。它还表现出优越的电气特性，开路电压为1.177 V，短路电流密度为25.29 mA/cm²，填充系数为84.4%。也许与效率跃升一样重要的是设备稳定性的显着增强。基于MXene的电池在暴露于85°C的高温条件和30-35%左右的相对湿度500小时后，仍保持了约80%的初始效率。在氮气气氛下进行的具有最大功率点跟踪的稳定性测试中，该设备在 500 小时后仍保持其初始效率的 70%，大大优于控制电池，后者下降到其原始性能的 20%。这种强大的稳定性是该技术长期运行潜力的关键指标。 尽管取得了可喜的结果，但研究小组承认，商业化道路上仍然存在挑战，主要与合成 Ti₃C₂Tₓ 材料的高成本和复杂性有关。未来的研究将侧重于优化合成路线，以降低成本并提高可重复性。探索替代MXene材料，如Ti₂CTₓ，也是未来工作的关键方向。 |
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