เฉิงตู จีน – 20 ตุลาคม 2568– ในความสำเร็จครั้งสำคัญของพลังงานหมุนเวียน นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (UESTC) ได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสกี้ ซึ่งมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ได้รับการรับรองที่ 25.13% ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นได้จากการผสมผสาน-ไทเทเนียมคาร์ไบด์สองมิติที่เรียกว่า MXene เข้าด้วยกันเป็นสารเติมแต่งแบบมัลติฟังก์ชั่นในชั้นดูดซับแสงเพอร์รอฟสไกต์- นวัตกรรมนี้แสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญไม่เพียงแต่ในการเพิ่มประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจัดการกับความท้าทายที่สำคัญด้านความเสถียรและการจัดการระบายความร้อน ที่เป็นอุปสรรคต่อการเปิดตัวแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบเพอรอฟสไกต์ในเชิงพาณิชย์ในอดีต
โครงสร้างเซลล์ใหม่ มีรายละเอียดอยู่ในการศึกษาเรื่อง "Multifunction MXene for Thermal Management in Perovskite Solar Cells" ที่ตีพิมพ์ในมาโคร-อักษรไมโครมีพื้นผิวเป็นแก้วและอินเดียมทินออกไซด์ (ITO) ชั้นขนส่งอิเล็กตรอนที่ทำจากดีบุกออกไซด์ (SnO₂) ตัวดูดซับเพอร์รอฟสไกต์แบบดัดแปลงของ MXene - ชั้นการขนส่งแบบรูโดยใช้ Spiro -OMeTAD และหน้าสัมผัสโลหะทอง
แก่นแท้ของความก้าวหน้านี้อยู่ที่คุณสมบัติเฉพาะของ MXene สารประกอบเหล่านี้ตั้งชื่อตามโครงสร้างที่คล้ายกับกราฟีน- เป็นที่รู้จักในด้านการนำโลหะที่ยอดเยี่ยม ความคล่องตัวของตัวพาประจุสูง และคุณสมบัติพื้นผิวที่ปรับได้ เมื่อนาโนชีต Ti₃C₂Tₓ MXene ถูกฝังลงในชั้นเพอร์รอฟสไกต์ นาโนชีตจะทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบอเนกประสงค์ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อนและประสิทธิภาพของออปโตอิเล็กทรอนิกส์ไปพร้อมๆ กัน
"ชุมชนวิจัยพลังงานแสงอาทิตย์ได้ค้นหาวัสดุที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแยกประจุ เพิ่มความเสถียร และประมวลผลได้อย่างง่ายดายไปพร้อมๆ กัน ข้อดีแบบมัลติฟังก์ชั่นของ MXene เน้นย้ำถึงศักยภาพที่ยอดเยี่ยมในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสกี้ที่ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานสูงเท่านั้น แต่ยังมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยมอีกด้วย" ทีมวิจัยกล่าว
หน้าที่ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของสารเติมแต่ง MXene คือบทบาทในการจัดการระบายความร้อน ภายใต้แสงแดดที่ต่อเนื่อง การสะสมความร้อนภายในเซลล์แสงอาทิตย์เป็นสาเหตุสำคัญของประสิทธิภาพการทำงานลดลง ทีมวิจัยแสดงให้เห็นว่าการรวม Ti₃C₂Tₓ nanosheets ทำให้เกิดเส้นทางการนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพภายในฟิล์มเพอร์รอฟสไกต์ สิ่งนี้ทำให้ค่าการนำความร้อนของชั้นเพิ่มขึ้นจาก 0.236 W·m⁻¹·K⁻¹ เป็น 0.413 W·m⁻¹·K⁻¹ ด้วยเหตุนี้ อุณหภูมิการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ภายใต้สภาวะการส่องสว่างมาตรฐานจึงลดลงประมาณ 3 องศา จาก 42.96 องศาเป็น 39.97 องศา ซึ่งช่วยลดการเสื่อมสภาพจากความร้อน-ได้อย่างมาก
นอกเหนือจากการจัดการระบายความร้อนแล้ว แผ่นนาโน MXene ยังมอบคุณประโยชน์อื่นๆ อีกหลายประการ พวกมันทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันข้อบกพร่องที่มีประสิทธิภาพที่ขอบเขตเกรนของผลึกเพอร์รอฟสไกต์ ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการรวมตัวกันของประจุ สิ่งนี้นำไปสู่ฟิล์มเพอร์รอฟสไกต์ที่สม่ำเสมอและเรียบเนียนยิ่งขึ้นโดยมีขนาดเกรนที่ใหญ่ขึ้น ตามที่ยืนยันโดยการลดความหยาบของฟิล์มจาก 24.9 นาโนเมตรเป็น 15.2 นาโนเมตร นอกจากนี้ ฟิล์มเพอร์รอฟสไกต์ที่ได้รับการดัดแปลงยังแสดงการดูดกลืนแสงที่แรงกว่าในบริเวณที่มองเห็นได้
ผลรวมของการปรับปรุงเหล่านี้ส่งผลให้-ประสิทธิภาพทำลายสถิติ อุปกรณ์ระดับแชมป์มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน 25.13% ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างมากจากประสิทธิภาพ 23.70% ของเซลล์อ้างอิงที่ไม่มี MXene นอกจากนี้ยังแสดงคุณลักษณะทางไฟฟ้าที่เหนือกว่า โดยมี-แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่ 1.177 V ความหนาแน่นกระแสไฟลัดวงจร-ที่ 25.29 mA cm⁻² และตัวประกอบการเติมที่ 84.4%
บางทีสิ่งสำคัญพอๆ กับการเพิ่มประสิทธิภาพก็คือการปรับปรุงเสถียรภาพของอุปกรณ์ให้ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เซลล์ที่ใช้ MXene- คงไว้ประมาณ 80% ของประสิทธิภาพเริ่มต้นหลังจากการสัมผัสกับสภาวะอุณหภูมิสูง-ที่ 85 องศา และความชื้นสัมพัทธ์ประมาณ 30-35% ในการทดสอบความเสถียรที่ดำเนินการภายใต้บรรยากาศไนโตรเจนที่มีการติดตามจุดกำลังสูงสุด อุปกรณ์ยังคงรักษาประสิทธิภาพเริ่มต้นไว้ได้ 70% หลังจากผ่านไป 500 ชั่วโมง ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเซลล์ควบคุมอย่างมาก ซึ่งลดระดับลงเหลือ 20% ของประสิทธิภาพเดิม ความเสถียรที่แข็งแกร่งนี้เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญถึงศักยภาพของเทคโนโลยีในการทำงานในระยะยาว
แม้จะมีผลลัพธ์ที่น่าหวัง แต่ทีมวิจัยยอมรับว่าความท้าทายยังคงอยู่บนเส้นทางสู่การค้า โดยหลักๆ แล้วเกี่ยวข้องกับต้นทุนที่สูงและความซับซ้อนในการสังเคราะห์วัสดุ Ti₃C₂Tₓ การวิจัยในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่การปรับเส้นทางการสังเคราะห์ให้เหมาะสมเพื่อลดต้นทุนและปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำ การสำรวจวัสดุทางเลือก MXene เช่น Ti₂CTₓ ก็เป็นแนวทางสำคัญสำหรับการทำงานในอนาคตเช่นกัน
ความก้าวหน้าครั้งนี้เกิดขึ้นได้จากการบูรณาการเชิงกลยุทธ์ของ MXene ซึ่งส่องสว่างถึงอนาคตที่สดใสและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ ถือเป็นวันที่-ประสิทธิภาพสูง ทนทาน และคุ้มราคา-เซลล์แสงอาทิตย์เพอร์รอฟสไกต์กลายเป็นแหล่งพลังงานสะอาดกระแสหลักที่ใกล้ชิดกันมากขึ้นอย่างมาก
เกี่ยวกับมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (UESTC):
มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์แห่งประเทศจีนเป็นมหาวิทยาลัยระดับชาติ-ที่มีชื่อเสียงมายาวนานในด้านโครงการวิจัยที่เน้นด้านวิทยาศาสตร์อิเล็กทรอนิกส์และสารสนเทศ วัสดุศาสตร์ และเทคโนโลยีพลังงาน
