Chengdu, Hiina – 20. oktoober 2025– Hiina elektroonikateaduse ja tehnoloogia ülikooli (UESTC) teadlased on taastuvenergia vallas oluliseks saavutuseks välja töötanud perovskiit-päikeseelemendi, mille sertifitseeritud võimsuse muundamise efektiivsus on 25,13%. See läbimurre saavutati kahe-mõõtmelise titaankarbiidi, tuntud kui MXene, lisamisega multifunktsionaalse lisandina perovskiidist valgust neelavasse kihti. See uuendus kujutab endast märkimisväärset edu mitte ainult jõudluse suurendamisel, vaid ka stabiilsuse ja soojusjuhtimise kriitiliste väljakutsete lahendamisel, mis on ajalooliselt takistanud perovskite fotogalvaanika kaubanduslikku levikut.
aastal avaldatud uuringus "Multifunktsionaalne MXene soojusjuhtimiseks perovskite päikesepatareides" kirjeldatud uus rakustruktuur.Makro{0}}Mikrotähed, sisaldab klaasist ja indiumtinaoksiidist (ITO) substraati, tinaoksiidist (SnO₂) valmistatud elektronide transpordikihti, MXene{0}}modifitseeritud perovskiitneeldurit, Spiro-OMeTAD-i kasutavat aukude transpordikihti ja kuldmetallist kontakti.
Selle edasimineku tuum seisneb MXene ainulaadsetes omadustes. Need ühendid, mis on saanud nime nende grafeenitaolise struktuuri järgi, on tuntud oma erakordse metallijuhtivuse, laengukandjate suure liikuvuse ja häälestatava pinna omaduste poolest. Kui Ti₃C₂Tₓ MXene nanolehed on põimitud perovskiitkihti, toimivad need mitmekülgse komponendina, mis suurendab samaaegselt soojuse hajumist ja optoelektroonilist jõudlust.
"Päikeseenergia uurimisringkond on otsinud materjali, mis suudab samaaegselt optimeerida laengu eraldamist, suurendada stabiilsust ja kergesti töödeldav. MXene multifunktsionaalsed eelised rõhutavad selle suurt potentsiaali perovskite päikesepatareide ehitamisel mitte ainult suure võimsuse muundamise efektiivsusega, vaid ka suurepärase termilise stabiilsusega," märkis uurimisrühm.
MXene lisandi üks kriitilisemaid funktsioone on selle roll soojusjuhtimises. Pideva päikesevalguse käes on soojuse kogunemine päikesepatareidesse jõudluse halvenemise peamiseks põhjuseks. Uurimisrühm näitas, et Ti₃C₂Tₓ nanolehtede lisamine lõi perovskiitkilesse tõhusad soojusjuhtivuse teed. See suurendas kihi soojusjuhtivust 0,236 W·m-¹·K-¹-lt 0,413 W·m-¹·K-¹-le. Järelikult langes päikesepatarei töötemperatuur tavalistes valgustustingimustes ligikaudu 3 kraadi võrra, 42,96 kraadilt 39,97 kraadile, vähendades oluliselt kuumuse{9}}indutseeritud lagunemist.
Lisaks soojusjuhtimisele on MXene nanolehtedel mitmeid muid eeliseid. Need toimisid tõhusate defektsete passivaatoritena perovskiitkristallide terade piiridel, vähendades laengu rekombinatsiooni kadusid . See tõi kaasa ühtlasema ja siledama perovskiitkile suurema tera suurusega, mida kinnitas kile kareduse vähenemine 24, 9 nm-lt 15, 2 nm-le. Lisaks näitas modifitseeritud perovskiitkile nähtavas piirkonnas tugevamat valguse neeldumist .
Nende täiustuste koosmõjul saavutati{0}}rekordiline jõudlus. Tšempionseade saavutas võimsuse muundamise efektiivsuse 25,13%, mis on märkimisväärne tõus võrdluselemendi 23,70% efektiivsusest ilma MXeneta. Samuti näitas see suurepäraseid elektrilisi omadusi, avatud vooluahela pingega 1,177 V, lühisvoolu tihedusega 25,29 mA cm⁻² ja täiteteguriga 84,4%.
Võib-olla sama oluline kui tõhususe hüpe on seadme stabiilsuse märkimisväärne paranemine. MXene{1}}põhine rakk säilitas umbes 80% oma esialgsest efektiivsusest pärast 500-tunnist kokkupuudet kõrgel temperatuuril 85 kraadi ja suhtelise õhuniiskusega umbes 30{12}}35%. Stabiilsustestis, mis viidi läbi lämmastikuatmosfääris maksimaalse võimsuspunkti jälgimisega, säilitas seade 500 tunni pärast 70% oma esialgsest efektiivsusest, ületades järsult kontrollelementi, mis halvenes 20% -ni oma esialgsest jõudlusest. See tugev stabiilsus on tehnoloogia pikaajalise töö potentsiaali kriitiline näitaja.
Vaatamata paljutõotavatele tulemustele tunnistas uurimisrühm, et turustamise teel on endiselt väljakutseid, mis on peamiselt seotud Ti₃C₂Tₓ materjalide sünteesimise kõrgete kulude ja keerukusega. Tulevased uuringud keskenduvad sünteesiteede optimeerimisele, et vähendada kulusid ja parandada reprodutseeritavust. Alternatiivsete MXene materjalide, nagu Ti₂CTₓ, uurimine on samuti tulevase töö võtmesuund.
See läbimurre, mis saavutati MXene strateegilise integreerimisega, valgustab päikeseenergia helgemat ja tõhusamat tulevikku. See toob päeva, mil suure -jõudlusega, vastupidavast-kulusäästlikust perovskiit-fotogalvaanilisest energiast saab puhta energia peamine allikas, oluliselt lähemale.
Hiina elektroonikateaduse ja tehnoloogia ülikooli (UETC) kohta:
Hiina elektroonikateaduste ja -tehnoloogia ülikool on pikaajaline{0}}riiklik ülikool, mis on tuntud oma elektroonika- ja infoteadustele, materjaliteadustele ja energiatehnoloogiatele keskenduvate uurimisprogrammide poolest.
