Chengdu, Kitajska – 20. oktober 2025– Kot pomemben dosežek za obnovljivo energijo so raziskovalci s Kitajske univerze za elektronsko znanost in tehnologijo (UESTC) razvili perovskitno sončno celico, ki je dosegla certificirano učinkovitost pretvorbe energije 25,13 %. Ta preboj je bil dosežen z vključitvijo dvo-dimenzionalnega titanovega karbida, znanega kot MXene, kot večnamenskega dodatka v perovskitno-plast, ki absorbira svetlobo. Ta inovacija predstavlja pomemben korak ne le pri povečanju zmogljivosti, ampak tudi pri reševanju kritičnih izzivov stabilnosti in toplotnega upravljanja, ki sta v preteklosti ovirala komercialno uvedbo perovskitne fotovoltaike.
Nova celična struktura, podrobno opisana v študiji "Multifunctional MXene for Thermal Management in Perovskite Solar Cells", objavljeni vMakro-Mikro črke, vsebuje substrat iz stekla in indij-kositrovega oksida (ITO), transportno plast elektronov iz kositrovega oksida (SnO₂), MXene-modificiran perovskitni absorber, luknjičasto transportno plast z uporabo Spiro-OMeTAD in zlati kovinski kontakt.
Jedro tega napredka je v edinstvenih lastnostih MXene. Te spojine, imenovane po grafenu-podobni strukturi, so znane po izjemni kovinski prevodnosti, visoki mobilnosti nosilcev naboja in nastavljivih površinskih lastnostih. Ko so nanoplasti Ti₃C₂Tₓ MXene vdelani v plast perovskita, delujejo kot vsestranska komponenta, ki hkrati izboljša odvajanje toplote in optoelektronsko zmogljivost.
"Skupnost za raziskovanje sončne energije je iskala material, ki lahko hkrati optimizira ekstrakcijo naboja, izboljša stabilnost in ga je enostavno obdelati. Večnamenske prednosti MXene poudarjajo njegov velik potencial za izdelavo perovskitnih sončnih celic z visoko učinkovitostjo pretvorbe energije in odlično toplotno stabilnostjo," je izjavila raziskovalna skupina.
Ena najbolj kritičnih funkcij aditiva MXene je njegova vloga pri upravljanju toplote. Pri stalni sončni svetlobi je kopičenje toplote v sončnih celicah glavni vzrok za poslabšanje delovanja. Raziskovalna skupina je dokazala, da je vključitev nanoplastov Ti₃C₂Tₓ ustvarila učinkovite poti toplotne prevodnosti znotraj perovskitnega filma. To je povečalo toplotno prevodnost plasti z 0,236 W·m⁻¹·K⁻¹ na 0,413 W·m⁻¹·K⁻¹. Posledično se je delovna temperatura sončne celice pri standardnih svetlobnih pogojih znižala za približno 3 stopinje, z 42,96 stopinje na 39,97 stopinje, kar je bistveno ublažilo toplotno-razgradnjo.
Poleg toplotnega upravljanja so nanoplošče MXene prinesle številne druge prednosti. Služili so kot učinkoviti pasivatorji napak na mejah zrn perovskitnih kristalov, kar je zmanjšalo izgube zaradi rekombinacije naboja. To je vodilo do bolj enakomernega in bolj gladkega perovskitnega filma z večjo velikostjo zrn, kar potrjuje zmanjšanje hrapavosti filma s 24,9 nm na 15,2 nm. Poleg tega je modificirani perovskitni film pokazal močnejšo absorpcijo svetlobe v vidnem območju .
Skupni učinek teh izboljšav je povzročil-rekordno uspešnost. Prva naprava je dosegla 25,13-odstotno učinkovitost pretvorbe energije, kar je znatno povečanje od 23,70-odstotne učinkovitosti referenčne celice brez MXene. Pokazal je tudi vrhunske električne lastnosti z napetostjo odprtega-vezja 1,177 V, gostoto-toka kratkega stika 25,29 mA cm⁻² in faktorjem polnjenja 84,4 %.
Morda tako pomembno kot skok učinkovitosti je izrazito izboljšanje stabilnosti naprave. Celica, ki temelji na MXene-, je ohranila približno 80 % svoje začetne učinkovitosti po 500 urah izpostavljenosti visokim-temperaturnim pogojem 85 stopinj in relativni vlažnosti okoli 30-35 %. V testu stabilnosti, izvedenem v dušikovi atmosferi s sledenjem maksimalne točke moči, je naprava po 500 urah ohranila 70 % svoje začetne učinkovitosti, s čimer je dramatično presegla kontrolno celico, ki je padla na 20 % prvotne zmogljivosti. Ta robustna stabilnost je ključni pokazatelj potenciala tehnologije za dolgoročno delovanje.
Kljub obetavnim rezultatom je raziskovalna skupina priznala, da na poti do komercializacije ostajajo izzivi, predvsem povezani z visokimi stroški in kompleksnostjo sintetiziranja materialov Ti₃C₂Tₓ. Prihodnje raziskave se bodo osredotočile na optimizacijo poti sinteze za zmanjšanje stroškov in izboljšanje ponovljivosti. Raziskovanje alternativnih materialov MXene, kot je Ti₂CTₓ, je tudi ključna smer za prihodnje delo.
Ta preboj, dosežen s strateško integracijo MXene, osvetljuje svetlejšo in učinkovitejšo prihodnost sončne energije. Bistveno približuje dan, ko visoko{1}}zmogljiva, vzdržljiva in-cenovno učinkovita perovskitna fotovoltaika postane glavni vir čiste energije.
Glede Univerze za elektronsko znanost in tehnologijo Kitajske (UESTC):
Kitajska univerza za elektronsko znanost in tehnologijo je-nacionalna univerza z dolgoletno tradicijo, znana po svojih raziskovalnih programih, ki se osredotočajo na elektronske in informacijske znanosti, znanosti o materialih in energetske tehnologije.
