MXene-Integrated光伏设备的优势是什么?

最近的一篇论文发表在杂志上ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩演示了使用MXenes透明光电应用,特别是在透明的光伏设备(TPVDs)。

研究:MXene-Integrated金属氧化物透明的光伏发电和自供电的光电探测器。图片来源:Baloncici / Shutterstock.com

背景

新兴光电TPVDs可以发挥重要作用,如光伏(pv)的设备。与传统的不透明的pv, TPVDs可以集成到建筑物的窗户,车辆,并显示尽可能无形的电力供应将入射光转换成电力,没有阻碍人类的视觉。

不同的材料,包括欧洲杯足球竞彩钙钛矿半导体、染料和无机材料,被用于TPVDs。最近,宽禁带无机材料的应用得到很大重视TPVDs作为它们的化学性质欧洲杯足球竞彩稳定,无毒,成本低。几项研究已经证明了使用这些材料的有效性作为TPVDs优化光敏材料。欧洲杯足球竞彩

电荷收集层发挥了至关重要的作用在TPVDs的功效。氧化铟锡(ITO)通常是利用作为TPVDs透明导电层。然而,伊藤是昂贵的,对环境有害,不兼容下一代人机界面电子和光电。

二维(2 d)的材料,如石墨烯,具有独特的欧洲杯足球竞彩机械、电气、光学性质,可以适合作为TPVDs电荷收集层。然而,一些复杂的传输过程需要综合这些2 d大量材料,这阻碍了他们使用在实际光伏应用程序。欧洲杯足球竞彩

MXenes,一个新兴的群2 d纳米材料,最近引起了相当大的关注在光电子欧洲杯足球竞彩学研究由于其亲水性自然,它提供了一个机会来实现二维材料的直接和大规模集成到光伏应用程序中。

MXenes由于亲水性的表面官能团的存在使他们适合的解决方案由不同的方法处理,包括喷墨印刷、旋转涂布,drop-casting。此外,MXenes光学透明和无毒害和地球上充足的元素组成,它使制造的低成本和环境安全的光伏设备,太阳能电池的关键要求。

Organic-dispersible钛硬质合金(Ti₃C₂T_x柔性基板上成功地)MXene油墨涂层使用烷基膦酸功能化后的喷涂技术。然而,裸MXene的电导率显著降低由于表面的有机官能团。

最近,三氟乙酸(组织)治疗MXene表现出高电导率的8900厘米⁻¹在处理和存储,抗氧化性能,良好的分散稳定性在乙醇中,调制的表面官能团,和一个蚀刻副产品。因此,本研究的研究人员使用TFA-treated ethanolic Ti的色散₃C₂T_xMXene TPVDs的透明导电层。

这项研究

在这项研究中,研究人员捏造一个Ti₃C₂T_xMXene-based无机TPVD和捏造样本特征,特别是TVPD光伏效应。裸露的钛₃C₂T_x使用修改后的最低限度强化层分层MXene合成。TFA-treated Ti的₃C₂T_xMXene准备把裸MXene解决方案与组织在去离子的水(DI)在0°C。

氟掺杂氧化锡(FTO) /玻璃基板清洗了丙酮、甲醇和去离子水在10分钟超声破碎法在一个序列,然后用流动氮气脱水。随后,二氧化钛(TiO₂)层最初在FTO基质沉积,紧随其后的是氧化镍的沉积在沉积TiO (NiO)层₂层使用反应溅射技术获取TiO₂/ NiO异质结构。

TFA-treated Ti的₃C₂T_xMXene解决方案是NiO / TiO然后沉积在透明的₂/ FTO设备作为透明电极使用旋转涂布方法。MXene电影干在100°C。MXene层的光学透明和导电率是通过控制调整MXene涂料的数量。

场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)是用来描述MXene / NiO / TiO₂的透过率光谱/ FTO结构,而MXene / NiO /二氧化钛_{/ FTO}设备和MXene电影获得使用紫外线(UV)−可见扩散反射分光光度计。

一个稳压器/恒流器是用来测量电流−电压(我−V)制造设备的特性。瞬态光电流与光电压得到使用示波器。

观察

一个透明MXene / NiO / TiO₂/ FTO设备/ MXene-integrated TPVD成功使用TFA-treated Ti是捏造的₃C₂T_xMXene。MXene电影是均匀地嵌入到无机NiO / TiO₂异质结构,创建一个无缝透明的光电探测器和pv的平台。

透明的金属氧化物NiO / TiO₂异质结产生的权力从紫外线,显示设备的节能运行。薄层电阻的减少MXene之间的联系,提高MXene和NiO / TiO₂异质结导致代μW 30厘米⁻²电力来自紫外线和可见光的选择性透射率高透明度。

MXene电影的最高的透明度为55%,而整体的透光率MXene / NiO / TiO₂/ FTO设备/ MXene-integrated TPVD是39.73%。装配式TPVD强烈的光电压由MXene电影,和最大光电压为0.62 V。与nanosheet MXene电极结构完全覆盖NiO / TiO平行₂/ FTO表面,导致一个有效photogenerated运营商的集合。

MXene-transparent设备间距在彩色地图的中性色彩坐标表示的隐形装置和使用这些透明的可行性设备对车辆和建筑物的窗户现场电源系统。

光伏效应诱导的光电压0.45 V,使设备在自供电的模式。此外,快速得到了光响应的自供电的模式,下降时间130 80μsμs和上升时间,允许自力更生MXene-embedded透明的光电探测器的光电应用。MXene-embedded透明光电探测器还演示了高1.6×10的探测能力¹⁰琼斯。

综上所述,本研究的结果证明使用的可行性MXene大规模光电探测器的无缝透明电子平台和pv。

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源

帕特尔M。Murali, G。金,J。等。MXene-Integrated金属氧化物透明的光伏发电和自供电的光电探测器。ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩2022年。https://doi.org/10.1021/acsaem.2c00458

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