Химики повысили эффективность работы солнечных батарей на основе перовскитов и фуллеренов, встроив в них максены – двумерные пленки из карбида титана. Об этом пишет пресс-служба НИТУ «МИСиС» со ссылкой на статью в журнале Nano Energy.

«Добавление максенов позволяет, с одной стороны, легко настраивать выравнивание уровней энергии на границе между перовскитом и фуллеренами, а, с другой, контролировать концентрацию дефектов в структуре ячейки. Это, в свою очередь, улучшает сбор фототока», – объяснила Анастасия Якушева, один из авторов исследования, аспирант НИТУ «МИСиС».

Перовскитами называют гибкие и легкие полупроводниковые материалы, которые состоят из органики и ионов свинца, никеля или других металлов. По структуре они похожи на природный минерал перовскит, который хорошо поглощает свет и превращает его в другие формы энергии.

У кремния и других полупроводников, которые могут поглощать свет, кристаллическая структура обычно симметрична. Благодаря этому электроны, которых «выбивают» частицы света, могут двигаться внутри них в самые разные стороны. У перовскита же структура гораздо сложнее. В перовскитах «кубы» из атомов металлов и «восьмигранники» из атомов кислорода взаимодействуют друг с другом таким образом, что электроны внутри них текут только в одном направлении. Благодаря этому эффективность солнечных батарей на основе перовскитов выше, и их КПД приближается к теоретическому максимуму.

Якушева и ее коллеги выяснили, как благодаря так называемым максенам подобные фотоэлементы можно сделать еще более эффективными. Так физики называют двумерные материалы, которые состоят из атомов переходных металлов и углерода, азота или их комбинации. Свойства максеновых пленок делают их похожими на металлы.

Исследователи предположили, что максены можно использовать, чтобы улучшить транспортировку энергии между слоями, из которых состоят первоскиты. Теоретически это должно значительно повысить КПД солнечных батарей на их основе. Для этого ученые вставили в промежутки между слоями первоскитов на базе оксидов никеля максены, состоящие из углерода и титана.

Эксперименты показали, что эта процедура повысила КПД фотоэлементов с 17% до 19,2%. Пока это рекорд для эффективности солнечных панелей подобного рода – то есть тех, которые состоят из перовскитов и фуллеренов. По словам исследователей, такой подход совместим с уже существующими технологическими цепочками производства солнечных батарей, что позволяет легко внедрить его в промышленную практику.