중국 모듈 제조업체인 Longi의 과학자들로 구성된 연구 그룹은 정공 수송층에 유망한 MXene 화합물을 사용하는 도핑되지 않은 단결정 이종접합 셀을 개발했습니다. 실험 장치는 12.2%의 효율을 달성했으며, 주변 환경에 105일 동안 노출된 후에도 초기 효율의 약 86%를 유지할 수 있었습니다.

중국 란저우대학교가 이끄는 과학자 그룹 중국 태양광 모듈 제조사 Longi 도핑되지 않은 이종접합 실리콘을 설계했습니다. 태양전지 Ti3C2Tx 또는 MXene으로 알려진 기능화된 2차원 티타늄 카바이드를 기반으로 하는 정공 수송층을 기반으로 합니다.. MXene 화합물은 그래핀과 유사한 형태에서 이름을 따왔으며 MAX로 알려진 벌크 결정에서 특정 원자층을 선택적으로 에칭하여 만들어집니다. 최근 MXene 소재는 큰 전하 캐리어 이동도, 우수한 금속 전도성, 높은 광 투과율과 같은 고유한 광전자 특성으로 인해 PV 기술에 사용할 가능성이 있는 것으로 나타났습니다.

또한, 이러한 화합물은 이종접합 셀에서 단파장 빛에 대한 기생 흡수를 최소화하는 데 일반적으로 사용되는 금속 산화물 및 탄소 재료보다 조정 가능한 일함수(WF)가 더 높습니다. "MXene은 풍부한 표면 종결 그룹으로 인해 더 쉽게 조정된 WF를 가지며 PEDOT:PSS 관련 유기 물질보다 더 안정적입니다"라고 해당 연구의 교신 저자인 Junshuai Li가 pv 잡지에 말했습니다.

연구진은 태양전지를 Ti3C2Tx를 기판 위에 드롭 캐스팅하여 제작한 "역 이종접합" 장치로 정의했습니다.
두께 200μm의 n형 단결정 실리콘 웨이퍼 뒷면. 그런 다음 화합물을 염화구리로 처리했습니다. (CuCl2).

과학자들은 “60 μL의 CuCl2 에탄올 용액(10 mg mL 1)을 MXene 필름에 스핀 코팅한 다음 60°C에서 10분 동안 어닐링했습니다.”라고 설명했습니다. "표면 쌍극자 효과로 인해 MXene의 전자 구조는 특정 표면 종단을 풍부하게 하여 조절될 수 있으며, 이는 페르미 준위와 전자 재분배의 이동을 초래하여 결과적으로 WF 변화로 이어집니다."

실험 셀은 은(Ag) 전극, 산화아연(ZnO) 전자 수송층(ETL), 실리콘 흡수체, Mxene 정공 수송층(HTL) 및 또 다른 Ag 접점으로 구성되었습니다. “4.26eV의 WF를 갖는 Ag 전극은 효율적인 전자 수집을 위해 ZnO 층과 호환됩니다. 더욱이 ZnO 층은 반사 방지 역할을 합니다.”라고 과학자들은 말했습니다. “접촉할 때
MXene 층, n-Si의 전자는 둘 사이의 페르미 준위 차이로 인해 MXene으로 흘러갑니다.”

표준 조명 조건에서 테스트한 결과, 이 장치는 전력 변환 효율 12.2%, 개방 회로 전압 0.615V, 단락 전류 밀도 30.75mA/cm2, 충전율 64.57%를 나타냈습니다. Li는 이 수치를 언급하며 “개선의 여지가 충분합니다”라고 말했습니다. "n-Si와 MXene 사이의 계면 접촉을 개선하는 것은 탐사에 중요한 부분입니다."

또한 이 전지는 주변 환경에 105일 동안 노출된 후에도 초기 효율의 약 86%를 유지하는 것으로 나타났습니다.

새로운 셀 개념은 "CuCl2에 의해 페르미 준위 조정 MXene을 사용하여 후면 이종 접합 결정질 실리콘 태양 전지의 구성" 연구에서 제시되었습니다.,” Journal of Power Sources에 게재되었습니다. “우리의 연구는 높은 성능 대 비용 비율을 가질 수 있는 새로운 태양 전지를 개발하려는 귀중한 시도를 나타냅니다.”라고 Li는 결론지었습니다.