Chengdu, Tsieina - Hydref 20, 2025- Mewn cyflawniad nodedig ar gyfer ynni adnewyddadwy, mae ymchwilwyr o Brifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Electronig Tsieina (UESTC) wedi datblygu cell solar perovskite sydd wedi cyrraedd effeithlonrwydd trosi pŵer ardystiedig o 25.13%. Gwireddwyd y datblygiad arloesol hwn trwy ymgorffori carbid titaniwm dau ddimensiwn, a elwir yn MXene, fel ychwanegyn amlswyddogaethol i mewn i'r haen amsugno golau perovskite . Mae'r arloesedd hwn yn gam sylweddol ymlaen nid yn unig o ran hybu perfformiad ond hefyd wrth fynd i'r afael â'r heriau hollbwysig o sefydlogrwydd a rheolaeth thermol sydd yn hanesyddol wedi rhwystro'r broses o gyflwyno systemau ffotofoltäig perofskite yn fasnachol.
Y strwythur celloedd newydd, y manylir arno yn yr astudiaeth "MXene Amlswyddogaethol ar gyfer Rheoli Thermol mewn Celloedd Solar Perovskite" a gyhoeddwyd ynMacro-Meicrolythrennau, yn cynnwys swbstrad o wydr ac indium tun ocsid (ITO), haen cludo electron wedi'i gwneud o ocsid tun (SnO₂), yr amsugnwr perovskite wedi'i addasu MXene, haen cludo twll gan ddefnyddio Spiro-OMeTAD, a chyswllt metel aur.
Mae craidd y datblygiad hwn yn gorwedd yn eiddo unigryw MXene. Mae'r cyfansoddion hyn, sydd wedi'u henwi am eu strwythur tebyg i graphene, yn adnabyddus am eu dargludedd metelaidd eithriadol, eu symudedd cludo gwefr uchel, a'u priodweddau arwynebau tiwnadwy . Pan fydd nanolenni Ti₃C₂Tₓ MXene wedi'u hymgorffori yn yr haen perovskite, maent yn gweithredu fel cydran amlbwrpas sy'n gwella afradu gwres a pherfformiad optoelectroneg ar yr un pryd.
"Mae'r gymuned ymchwil ynni solar wedi bod yn chwilio am ddeunydd a all wneud y gorau o echdynnu tâl ar yr un pryd, gwella sefydlogrwydd, a chael ei brosesu'n hawdd. Mae manteision amlswyddogaethol MXene yn amlygu ei botensial mawr ar gyfer adeiladu celloedd solar perovskite gydag nid yn unig effeithlonrwydd trosi pŵer uchel ond hefyd sefydlogrwydd thermol rhagorol, "meddai'r tîm ymchwil.
Un o swyddogaethau mwyaf hanfodol yr ychwanegyn MXene yw ei rôl mewn rheolaeth thermol. O dan olau haul parhaus, mae cronni gwres o fewn celloedd solar yn un o brif achosion diraddio perfformiad. Dangosodd y tîm ymchwil fod ymgorffori nanolenni Ti₃C₂Tₓ wedi creu llwybrau dargludiad gwres effeithlon o fewn y ffilm perovskite . Cynyddodd hyn dargludedd thermol yr haen o 0.236 W·m⁻¹·K⁻¹ i 0.413 W·m⁻¹·K⁻¹ . O ganlyniad, gostyngwyd tymheredd gweithredu'r gell solar o dan amodau goleuo safonol tua 3 gradd, o 42.96 gradd i 39.97 gradd, gan liniaru'n sylweddol ddiraddiad a achosir gan wres.
Y tu hwnt i reolaeth thermol, esgorodd y nanosheets MXene nifer o fanteision eraill. Maent yn gwasanaethu fel diffyg effeithiol passivators ar ffiniau grawn y crisialau perovskite , gan leihau colledion ailgyfuno tâl . Arweiniodd hyn at ffilm perovskite mwy unffurf a llyfn gyda maint grawn mwy, fel y cadarnhawyd gan ostyngiad mewn garwedd ffilm o 24.9 nm i 15.2 nm . Ar ben hynny, roedd y ffilm perovskite wedi'i haddasu yn arddangos amsugno golau cryfach yn y rhanbarth gweladwy.
Arweiniodd effaith gyfunol y gwelliannau hyn at y{0}}perfformiad mwyaf erioed. Cyflawnodd y ddyfais hyrwyddwr effeithlonrwydd trosi pŵer o 25.13%, cynnydd sylweddol o effeithlonrwydd 23.70% y gell gyfeirio heb MXene . Roedd hefyd yn dangos nodweddion trydanol uwch, gyda-foltedd cylched agored o 1.177 V, dwysedd cerrynt cylched byr o 25.29 mA cm⁻², a ffactor llenwi o 84.4%.
Efallai mor bwysig â'r naid effeithlonrwydd yw'r gwelliant amlwg mewn sefydlogrwydd dyfeisiau. Cadwodd y gell seiliedig ar MXene tua 80% o'i heffeithlonrwydd cychwynnol ar ôl 500 awr o ddod i gysylltiad â-amodau tymheredd uchel o 85 gradd a lleithder cymharol o tua 30-35%. Mewn prawf sefydlogrwydd a gynhaliwyd o dan awyrgylch nitrogen gydag uchafswm olrhain pwynt pŵer, cynhaliodd y ddyfais 70% o'i heffeithlonrwydd cychwynnol ar ôl 500 awr, gan berfformio'n well na'r gell reoli yn ddramatig, a ddirywiodd i 20% o'i berfformiad gwreiddiol. Mae'r sefydlogrwydd cadarn hwn yn ddangosydd hanfodol o botensial y dechnoleg ar gyfer gweithrediad hirdymor.
Er gwaethaf y canlyniadau addawol, roedd y tîm ymchwil yn cydnabod bod heriau yn parhau ar y llwybr i fasnacheiddio, yn bennaf yn ymwneud â chost uchel a chymhlethdod syntheseiddio deunyddiau Ti₃C₂Tₓ . Bydd ymchwil yn y dyfodol yn canolbwyntio ar optimeiddio llwybrau synthesis i leihau costau a gwella atgynhyrchu. Mae archwilio deunyddiau MXene amgen, megis Ti₂CTₓ, hefyd yn gyfeiriad allweddol ar gyfer gwaith yn y dyfodol.
Mae'r datblygiad arloesol hwn, a gyflawnwyd trwy integreiddio strategol MXene, yn goleuo dyfodol mwy disglair a mwy effeithlon ar gyfer pŵer solar. Mae'n dod â'r diwrnod pan fydd perofskite ffotofoltäig perfformiad uchel, gwydn a chost-effeithiol yn dod yn ffynhonnell prif ffrwd o ynni glân yn llawer agosach.
Ynglŷn â Phrifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Electronig Tsieina (UESTC):
Mae Prifysgol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Electronig Tsieina yn brifysgol genedlaethol hirsefydlog sy'n enwog am ei rhaglenni ymchwil sy'n canolbwyntio ar wyddorau electronig a gwybodaeth, gwyddorau deunyddiau, a thechnolegau ynni.
