Ti₃C₂Tₓ, известный как MXene, представляет собой двумерный материал на основе карбида титана, где часть атомов углерода замещена кислородом или фтором. Он похож на графен и обладает уникальными оптоэлектронными свойствами: высокой подвижностью носителей заряда, отличной металлической проводимостью, высоким оптическим пропусканием и регулируемой работой выхода. Благодаря этим характеристикам MXene считаются перспективными компонентами для создания эффективных фотоэлектрических устройств.
Солнечная ячейка была построена с использованием стеклянной подложки с оксидом индия-олова (ITO), слоя переноса электронов (SnO₂), перовскитного поглотителя с MXene, слоя переноса дырок на основе Spiro-OMeTAD и золотого электрода. Внедрение MXene позволило получить перовскитную плёнку толщиной всего 15,2 нм вместо 24,9 нм у стандартного материала. Это улучшило морфологию поверхности и обеспечило более эффективное рассеивание тепла. Нанолисты Ti₃C₂Tₓ также способствовали равномерному росту зерен, повышая поглощение света в видимом спектре.
Учёные проанализировали ячейку с помощью двух методов — энергодисперсионной спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Исследование показало, что атомы титана (Ti) равномерно распределены по всей перовскитной пленке и помогают перераспределять электроны в определенных областях. Это улучшает теплопроводность и снижает количество дефектов на границах зерен.
При стандартных условиях освещения новый солнечный элемент показал эффективность преобразования энергии 25,13%, напряжение холостого хода 1,177 В, плотность тока короткого замыкания 25,29 мА/см² и коэффициент заполнения 84,4%. Для сравнения, аналогичный перовскитный элемент без MXene достигал 23,70%, 1,145 В, 25,18 мА/см² и 82,2% соответственно.
Устройство также отличается устойчивостью: после 500 часов при относительной влажности 85% оно сохранило 80% первоначальной производительности. Это делает технологию перспективной для длительной эксплуатации в реальных условиях.
Ученые отмечают, что основным препятствием для коммерциализации остаётся высокая стоимость и сложность производства Ti₃C₂Tₓ. Для преодоления этих ограничений планируется оптимизировать методы синтеза и изучить альтернативные MXene-материалы.
