Científicos de NUST MISIS (Rusia) y la Universidad de Roma Tor Vergata descubrieron que una cantidad microscópica de carburo de titanio bidimensional llamado MXene mejora significativamente la recolección de cargas eléctricas en una celda solar de perovskita. aumentando la eficiencia final por encima del 20%. Los resultados de la investigación fueron publicados en Materiales de la naturaleza .

Las células solares de película delgada de perovskita son una nueva tecnología prometedora de fuentes de energía alternativas que se está desarrollando activamente en todo el mundo. Una de las ventajas es un proceso de producción simple y de bajo costo:las células solares de perovskita se pueden imprimir desde una solución en impresoras especiales de inyección de tinta o de matriz de ranura sin el uso de procesos de alta temperatura / vacío como para las células de silicio tradicionales. Otra ventaja es la posibilidad de fabricación sobre sustratos plásticos flexibles, como el tereftalato de polietileno común (PET). Esta característica permite el uso de perovskita fotovoltaica (PV) en la integración de edificios mediante el montaje de la película delgada en paredes y / o en otros lugares diferentes, como fachadas de vidrio curvo y ventanas.

Al ser una nueva tecnología fotovoltaica, el esfuerzo de la investigación internacional es encontrar la mejor estrategia para mejorar la eficiencia y estabilidad de las células solares de perovskita. La eficiencia de las células solares de perovskita ya es comparable a la de los análogos de silicio que dominan el mercado (la eficiencia récord para una perovskita es del 25,2%, mientras que para las células de silicio es del 26,7%), sin embargo, Las células solares de perovskita siguen siendo inestables debido a varios factores de degradación internos. Numerosos grupos de investigación de universidades y empresas de I + D están forzando actualmente investigaciones y estudios para solucionar problemas de estabilidad y mejora de la eficiencia de las células de perovskita. La mayoría de los enfoques se refieren a la optimización de la composición química de la perovskita, estabilización de las interfaces del dispositivo e incorporación de nuevos nanomateriales.

Un equipo internacional de científicos de L.A.S.E. (Laboratorio de Energía Solar Avanzada), Departamento de Nanosistemas Funcionales y Materiales de Alta Temperatura, ambos ubicados en NUST MISIS, Rusia, y la Universidad Tor Vergata de Roma, dirigido por el profesor Aldo Di Carlo, propuso un enfoque original para diseñar células solares de perovskita con rendimientos mejorados, a saber, el uso de compuestos bidimensionales de carburo de titanio llamados MXenes para dopar perovskita.

"Descubrimos que MXenes, debido a su estructura bidimensional única, se puede utilizar para ajustar las propiedades de la superficie de la perovskita, lo que permite una nueva estrategia de optimización para esta célula solar de tercera generación, "Comenta el profesor Di Carlo.

Las células solares de perovskita de película delgada tienen una estructura de sándwich, donde las cargas se mueven de una capa a otra a través de interfaces y se acumulan selectivamente en los electrodos. Como resultado, la energía solar se convierte en corriente eléctrica. En lenguaje sencillo, Los electrones deben transportarse desde la película absorbente a los electrodos sin pérdidas que puedan ser inducidas por barreras de energía internas. y la incorporación de MXene mejora este proceso.

"Para mejorar la eficiencia de las células solares de perovskita, Necesitamos optimizar la estructura del dispositivo y la interfaz maestra y las propiedades generales de cada capa para mejorar el proceso de extracción de carga a los electrodos. "Danila Saranin, uno de los autores, investigador en L.AS.E. comentarios. "Para resolver este problema, Junto con nuestros colegas italianos, realizamos una serie de experimentos incorporando una cantidad microscópica de MXenes en la célula solar de perovskita. Como resultado, logramos un aumento de la eficiencia de los dispositivos en más del 25%, en comparación con los prototipos originales ".

Los MXenes se introdujeron secuencialmente en diferentes capas de la célula solar de perovskita:una capa fotoabsorbente, una capa de transporte de electrones a base de dióxido de titanio, y en la interfaz entre ellos. Después del análisis del rendimiento de salida de los dispositivos, Descubrimos que la configuración más eficiente es aquella en la que se introducen MXenes en todas las capas, incluida la interfaz. Los resultados experimentales se confirman mediante el modelado apropiado de las estructuras obtenidas.

Este trabajo es único:es el primer informe que describe no solo una serie de experimentos y los resultados obtenidos, pero también incluye una clara explicación de los mecanismos que ocurren en la célula solar de perovskita modificada desde el punto de vista físico-químico.

"El principal resultado de este trabajo es la identificación de cambios en las propiedades eléctricas de los semiconductores, causado por la introducción de MXenes. Por eso, este nuevo nanomaterial posee un gran potencial para su uso en la producción a gran escala, "Anna Pazniak, uno de los autores, agrega.

En la actualidad, el equipo está tratando de estabilizar el dispositivo resultante y aumentar su eficiencia. El estudio fue financiado dentro de la Megagrant del Gobierno de la Federación de Rusia.