Przyszłość fotowoltaiki może należeć do ogniw perowskitowych, o ile tak naprawdę naukowcom uda się znacząco podnieść ich wydajność oraz wydłużyć stabilność działania. Uczonym z Uniwersytetu Stanowego w São Paulo (Brazylia) udało się to, dzięki materiałom, które znamy pod nazwą MXeny. Jest to grupa dwuwymiarowych związków nieorganicznych podobnych do grafenu, czyli składających się ultra cienkich warstw o grubości atomu. Budować je mogą węgliki, azotki albo węgloazotki różnych metali przejściowych.
Czytaj też: Niewiarygodny rekord ogniw perowskitowych. W te wyniki aż trudno uwierzyć
Pierwszy raz świat usłyszał o MXenach w 2011 roku i od tamtego czasu pracują nad nimi zespoły naukowe w różnych krajach, w tym w Polsce. Nad Wisłą zajmowali się nimi w ostatnich latach eksperci z Politechniki Warszawskiej, Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu czy Sieci Badawczej Łukasiewicz – Poznańskiego Instytutu Technologicznego.
MXeny wykorzystane do budowy ogniw perowskitowych. Wyniki testów są rewelacyjne
Na łamach czasopisma Journal of Materials Chemistry C brazylijscy naukowcy opisali zastosowanie MXenów jako elementów składnikowych dla warstwy pasywacyjnej w perowskitowych ogniwach. Wykorzystali oni konkretny związek o wzorze Ti2C2Tx i dodali do poli(metrakrylanu metylu), tworząc powłokę pasywacyjną. Jej zasadniczą rolą jest redukcja defektów w ciałach stałych podczas interakcji z otaczającymi fazami (w tym otoczeniem).
Czytaj też: Kropki kwantowe przyspieszą przełom w produkcji perowskitowych ogniw słonecznych
Badacze opracowali w ten sposób odwrócone ogniwo perowskitowe. Różni się ono tym od „klasycznego”, że układ warstw jest dokładnie odwrotny i dzięki temu lepiej światło słoneczne dociera do warstwy absorbującej. Dowiedzmy się zatem, czy faktycznie MXeny w takiej technologii pomagają w podniesieniu parametrów pracy ogniw.
Według doniesień naukowców, Ti2C2Tx zwiększyło sprawność konwersji energii w module z 19 do 22 proc. Ponadto zanotowano także wzrost stabilności ogniw perowskitowych. Ich żywotność była trzy razy dłuższa niż w przypadku ogniwa kontrolnego bez osadzonej warstwy pasywacyjnej. Po 3000 godzinach pracy urządzenie wciąż utrzymywało 95 proc. swojej pierwotnej wydajności. Badacze stwierdzili także wzrost właściwości hydrofobowych ogniwa, dzięki czemu stało się ono bardziej odporne na warunki atmosferyczne i niekorzystne działanie wilgoci.
Czytaj też: Tych ogniw słonecznych nigdy nie będziemy mieć w ręce. Posłużą Amerykanom do innych celów
Tak pomyślne wyniki eksperymentów mogą być solidną motywacją dla brazylijskich naukowców, którzy prawdopodobnie będą chcieli kontynuować prace nad zastosowaniem MXenów w fotowoltaice. Jeśli tak się stanie, to niewykluczone, że największy kraj Ameryki Południowej wyrośnie nam na jednego z liderów w tej innowacyjnej technologii.
