Το Ti₃C₂Tₓ, γνωστό ως MXene, είναι ένα δισδιάστατο υλικό με βάση το καρβίδιο του τιτανίου όπου ορισμένα από τα άτομα άνθρακα αντικαθίστανται από οξυγόνο ή φθόριο. Είναι παρόμοιο με το γραφένιο και έχει μοναδικές οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες: υψηλή κινητικότητα φορέα φορτίου, εξαιρετική μεταλλική αγωγιμότητα, υψηλή οπτική διαπερατότητα και ρυθμιζόμενη λειτουργία εξόδου. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, τα MXenes θεωρούνται μελλοντικά εξαρτήματα για τη δημιουργία αποδοτικών φωτοβολταϊκών συσκευών.

Το ηλιακό κύτταρο κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας ένα γυάλινο υπόστρωμα οξειδίου του κασσιτέρου ινδίου (ITO), ένα στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων (SnO₂), έναν απορροφητή περοβσκίτη με MXene, ένα στρώμα μεταφοράς οπών με βάση το Spiro-OMeTAD και ένα ηλεκτρόδιο χρυσού. Η εισαγωγή του MXene κατέστησε δυνατή τη λήψη μιας μεμβράνης περοβσκίτη με πάχος μόνο 15,2 nm αντί για 24,9 nm για το τυπικό υλικό. Αυτό βελτίωσε τη μορφολογία της επιφάνειας και επέτρεψε την αποτελεσματικότερη απαγωγή θερμότητας. Τα νανοφύλλα Ti₃C₂Tₓ προώθησαν επίσης την ομοιόμορφη ανάπτυξη των κόκκων, αυξάνοντας την απορρόφηση του φωτός στο ορατό φάσμα.

Οι επιστήμονες ανέλυσαν το κύτταρο χρησιμοποιώντας δύο μεθόδους - φασματοσκοπία διασποράς ενέργειας και φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ. Η μελέτη διαπίστωσε ότι τα άτομα τιτανίου (Ti) κατανέμονται ομοιόμορφα σε όλο το φιλμ περοβσκίτη και βοηθούν στην ανακατανομή των ηλεκτρονίων σε συγκεκριμένες περιοχές. Αυτό βελτιώνει τη θερμική αγωγιμότητα και μειώνει τον αριθμό των ελαττωμάτων στα όρια των κόκκων.

Υπό τυπικές συνθήκες φωτισμού, η νέα ηλιακή κυψέλη έδειξε απόδοση μετατροπής ενέργειας 25,13%, τάση ανοιχτού κυκλώματος 1,177 V, πυκνότητα ρεύματος βραχυκυκλώματος 25,29 mA/cm² και κύκλο λειτουργίας 84,4%. Συγκριτικά, μια παρόμοια κυψέλη περοβσκίτη χωρίς MXene έφτασε τα 23,70%, 1,145 V, 25,18 mA/cm² και 82,2%, αντίστοιχα.

Η συσκευή είναι επίσης σταθερή: μετά από 500 ώρες σε σχετική υγρασία 85%, έχει διατηρήσει το 80% της αρχικής της απόδοσης. Αυτό καθιστά την τεχνολογία πολλά υποσχόμενη για μακροχρόνια λειτουργία σε πραγματικές συνθήκες.

Οι επιστήμονες σημειώνουν ότι το κύριο εμπόδιο στην εμπορευματοποίηση παραμένει το υψηλό κόστος και η πολυπλοκότητα της παραγωγής Ti₃C₂Tₓ. Για να ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί, σχεδιάζεται η βελτιστοποίηση των μεθόδων σύνθεσης και η διερεύνηση εναλλακτικών υλικών MXene.

https://hightech.plus/2025/10/17/perovskitnie-fotoelementi-na-osnove-mxene-dostigli-effektivnosti-2513