含于MXene的钙钛矿太阳能电池实现25.13%的效率

中国的一个研究小组声称，在基于钙钛矿吸收层的太阳能电池中实现了卓越的效率和稳定性，其中含有MXene，MXene是一种新型二维材料，以其优异的导电性、化学稳定性和热弹性而闻名。据报道，该器件在500小时后仍保留了80%的初始效率。

中国电子科技大学(UESTC)的研究人员制造了一种基于钙钛矿光吸收层的太阳能电池，该电池结合了二维碳化钛(Ti3C2TX)，也称为MXene。

MXene化合物因其类似石墨烯的形态而得名，是通过从称为MAX的块状晶体中选择性蚀刻某些原子层制成。最近，这些材料因其独特的光电特性而显示出用于光伏技术的前景，例如其大载流子迁移率、优异的金属导电性、高透光率、和可调功函数(WF)。

“这些多功能优势凸显了巨大潜力，3C2TX用于构建钙钛矿太阳能电池，不仅具有高功率转换效率，而且具有出色的热稳定性，“科学家们解释说，并指出，当Ti3C2TX纳米片嵌入钙钛矿层中，作为多功能添加剂，同时增强散热和光电性能。

该电池由玻璃和氧化铟锡(ITO)制成的衬底、基于二氧化锡(SnO2)的电子传输层(ETL)、结合Ti3C2Tx的钙钛矿吸收层、依赖Spiro-OMeTAD的空穴传输层(HTL)和金(Au)金属电极构建。

由于采用了Ti3C2TX，钙钛矿薄膜的厚度仅为15.2 nm，而未经Ti3C2Tx处理的钙钛矿薄膜的厚度为24.9 nm。这转化为吸收层的形态和表面光滑度的改善，进而形成有效的热传导途径。

“这种形貌的改善可归因于Ti3C2TX优异的传热能力，为晶粒均匀生长提供了稳定的热场，从而扩大了晶粒尺寸，“研究团队强调说。“含有Ti3C2TX钙钛矿膜层与对照膜相比，改性钙钛矿膜在可见光区域表现出更强的吸收。

通过能量色散光谱(EDS)，研究团队验证了Ti在整个钙钛矿薄膜中均匀分布，这种方式可以作为热传导途径，在晶界处起到缺陷钝化剂的作用。X射线光电子能谱(XPS)也证实Ti3C2TX有助于钙钛矿吸收体晶界处电子的局部重新分布。

在标准光照条件下进行测试，太阳能电池实现了25.13%的功率转换效率，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%，而没有Mxene纳米片的参考太阳能电池达到了23.70%、1.145 V、25.18 mA/cm2的值和82.2%。

此外，发现基于Mnexe的器件在85%相对湿度下500小时后仍保留其原始效率的约80%。

科学家们指出，此类太阳能电池商业化的主要障碍仍然Ti3C2TX材料的高成本和复杂性。“未来的研究应侧重于优化合成路线，以降低成本并提高可重复性。此外，具有独特结构和电子特性的替代MXene材料，例如Ti2CTX，对于钙钛矿太阳能电池的热管理，可以提供相当甚至更优越的性能，“他们总结道。

该电池在发表在《Nano-Micro Letters》上的“Multifunctional MXene for Thermal Management in Perovskite Solar Cells”。

之前在钙钛矿太阳能电池中使用Mxene的尝试实现实验室器件效率为23%，小电池效率为17%。另外，另一个国际研究小组最近进行了一项审查，以找出MXenes如何用作太阳能电池的材料。