基于Mxene的钙钛矿太阳能电池实现了25.75%的破纪录效率

来源:钙钛矿材料和器件发布时间:2025-12-15 13:54:20

西班牙的一个研究团队声称利用MXenes或其他二维材料制造了世界上最高效的钙钛矿太阳能电池。该器件依赖Mxene夹层,抑制非辐射复合,并在钙钛矿吸收层与电子传递层界面处提升电荷提取。

图片来源:UPV/EHU

西班牙巴斯克大学(UPV/EHU)的研究人员制造了一种基于二维碳化钛(Ti3C2Tx)光吸收剂的钙钛矿太阳能电池,也称为MXene。

MXene 化合物因其石墨烯状形态而得名,通过选择性蚀刻某些原子层,从称为 MAX 的块状晶体中制成。近年来,这些材料因其独特的光电子特性(如高电荷载流子迁移率、优异的金属导电性、高光学透射率和可调功函数(WF)而展现出在光伏技术中的前景。

研究通讯作者Shahzada Ahmad告诉pv magazine:“我们基于氧化锡(SnO2)和钙钛矿吸收层,将MXene置于电子传递层(ETL)界面,以最小化氧空缺和缺陷。” “我们使用的氯终端MXene显著减少了埋藏界面上的氧气空缺。”

科学家表示,用氯终端Mxene有助于有效减少针孔和颗粒聚集,这些通常与吸收体中MXene的扩散有关。

通过扫描电子显微镜(SEM)图像,他们验证了Mxene夹层位于钙钛矿层下方会改变图案和钙钛矿材料中的结晶表面,拉曼光谱还发现晶体质量有所提升。

进一步分析证实,MXene层与SnO2之间的键合消除了SnO2表面的氧空位,并减轻了与现有表面缺陷的相互作用。

研究人员用氧化锡铟(ITO)、SnO2 ETL、Mxene层、钙钛矿吸收层、基于Spiro-OMeTAD的空穴输运层(HTL)和金(Au)金属电极构建了该器件。

在标准照明条件下测试,该装置实现了25.75%的功率转换效率,1184 mV的开路电压,25.93 mA/cm2的短路密度,以及84%的填充因子。相比之下,没有Mxene夹层的参考单元效率为23.03%,开路电压为1,131 mV,短路密度为25.37 mA/cm2,填充系数为80%。该单元在1200小时后仍保持了95.5%的初始效率,而对照器件仅达到76.9%。

“这是使用MXenes或其它任何二维材料时报告的最高性能和稳定性,”Ahmad表示。“这一结果依赖于开路电压和填充因子的同时提升,这得益于抑制非辐射复合和SnO2-钙钛矿界面电荷提取的改进。”

“随后我们利用这种MXene调整的器件架构制造了一个模块,测量出21.76%的性能和提升的稳定性,”Ahmad补充道,并指出未来研究将聚焦于从单元到模块的扩展。

该电池在文章Environmental Benign Cl-Terminated MXene For Buried Interface Engineering in Perovskite Solar Modules中进行了描述,发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。研究团队成员包括华中科技大学(HUST)的科学家。

此前在钙钛矿太阳能电池中使用Mxene的尝试,结果是器件效率分别为23%、 17%和25.13%。另外,另一个国际研究团队最近进行了综述,旨在了解MXenes如何被用作太阳能电池材料。

(消息来源:pv-magazine.com, perovskite-info.com, Advanced Functional Materialshttps://doi.org/10.1002/adfm.202522376)

责任编辑:wanqin
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