基于Mxene的钙钛矿太阳能电池实现了25.75%的破纪录效率

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）