L'équipe de recherche de NUST MISIS a présenté une structure améliorée de cellules solaires à pérovskite. Les scientifiques ont modifié des cellules solaires à base de pérovskite à l'aide de MXenes, de minces carbures de titane bidimensionnels à haute conductivité électrique. Les cellules modifiées à base de MXenes ont montré des performances supérieures, avec un rendement de conversion de puissance supérieur à 19 % (la référence a démontré 17 %) et une puissance de sortie stabilisée améliorée par rapport aux dispositifs de référence. Les résultats ont été publiés dans le Nano énergie journal.

Les cellules solaires à pérovskite sont une technologie énergétique alternative prometteuse dans le monde entier. Ils peuvent être imprimés sur des imprimantes spéciales à jet d'encre ou à fente avec une quantité minimale de processus sous vide. Cela réduit le coût de l'appareil par rapport à la technologie traditionnelle des cellules solaires au silicium.

Leurs autres avantages sont la flexibilité (la cellule solaire peut être réalisée sur des substrats en PET, matériau courant pour les bouteilles en plastique) et la compacité. Les cellules solaires à pérovskite peuvent être montées sur les murs des bâtiments et les surfaces courbes des toits panoramiques des automobiles, recevant une alimentation indépendante.

Le module pérovskite a une structure sandwich :il y a un processus de collecte d'électrons entre les couches. Par conséquent, l'énergie de la lumière du soleil est convertie en énergie électrique. Les couches sont très fines - de 10 à 50 nanomètres, et le "sandwich" lui-même est plus fin qu'un cheveu humain. La collecte des porteurs de charge dans les cellules solaires doit s'accompagner de pertes minimales lors du transport des électrons. La réduction de telles pertes dans le dispositif augmentera la puissance de la cellule solaire.

Un groupe scientifique de physiciens de NUST MISIS et de l'Université de Tor Vergata (Rome, Italie) ont montré expérimentalement que l'ajout d'une petite quantité de MXènes à base de carbure de titane aux couches de pérovskite absorbant la lumière améliore le processus de transport électronique et optimise les performances de la cellule solaire. Le nom—MXenes vient du processus de synthèse. Le matériau est fabriqué par gravure et exfoliation des carbures métalliques à couche atomique pré-revêtus d'aluminium (phases MAX - carbures et nitrures hexagonaux en couches).

"Dans ce travail, nous démontrons un rôle utile du dopage MXenes à la fois pour la couche photoactive (pérovskite) et pour la couche de transport d'électrons (fullerènes) dans la structure des cellules solaires à base d'oxyde de nickel, " a déclaré le co-auteur de l'article, un chercheur du Laboratoire NUST MISIS pour l'Energie Solaire Avancée, étudiante de troisième cycle Anastasia Yakusheva. "D'un côté, l'ajout de MXenes permet d'aligner les niveaux d'énergie à l'interface pérovskite/fullerène, et, d'autre part, il permet de contrôler la concentration des défauts dans le dispositif à couche mince, et améliore la collecte du photocourant."

Les cellules solaires développées avec la nouvelle approche ont montré des caractéristiques améliorées avec un rendement de conversion de puissance supérieur à 19 %. C'est 2% de plus par rapport aux appareils de référence.

L'approche proposée par les développeurs peut être facilement adaptée au format des modules et des panneaux de grande surface. Le dopage avec MXenes ne modifie pas la séquence de fabrication et s'intègre uniquement à l'étape initiale de préparation de l'encre sans modifier l'architecture du dispositif.