Sáng tạo đột phá làm tăng tính ổn định của pin điện mặt trời "perovskites"

Pin mặt trời được sản xuất từ ​​vật liệu "perovskites" đang bắt kịp với hiệu suất của pin mặt trời trên cơ sở silicon truyền thống và có ưu điểm là chi phí thấp và thời gian hoàn vốn năng lượng ngắn.

Nhưng những tế bào năng lượng mặt trời perovskites có vấn đề về tính ổn định. Thách thức này đã được nhóm nhà khoa học tại Đại học Linköping Thụy Điển, phối hợp với các cộng tác viên quốc tế đã tìm được phương pháp giải quyết. Kết quả công trình nghiên cứu công bố trên tạp chí Science, được xác định là bước tiến quan trọng trong sứ mệnh phát triển pin mặt trời thế hệ tiếp theo.

Feng Gao, GS tại Khoa Vật lý, Hóa học và Sinh học (IFM) thuộc Đại học Linköping cho biết: "Kết quả nghiên cứu mở ra những khả năng mới để phát triển pin mặt trời hiệu quả và ổn định. Đồng thời nghiên cứu cung cấp những hiểu biết mới về cách pha tạp chất bán dẫn hữu cơ" .

Perovskites là vật liệu kết tinh có tiềm năng to lớn góp phần giải quyết tình trạng thiếu hụt năng lượng trên thế giới. Quy trình sản xuất rẻ, hiệu quả cao và trọng lượng thấp. Nhưng các tế bào pin mặt trời perovskite xuống cấp nhanh chóng và không thể chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao trên cơ sở vật liệu perovskite với độ ổn định cần thiết .

Tiankai Zhang, nghiên cứu sinh sau TS tại IFM, một trong những các tác giả của bài báo đăng trên Science cho biết: "Dường như có sự đánh đổi giữa hiệu suất cao và độ ổn định trong pin mặt trời trên perovskite. Các pin mặt trời perovskite hiệu suất cao có xu hướng cho thấy độ ổn định thấp và ngược lại".

Khi năng lượng mặt trời chuyển đổi thành điện năng trong pin mặt trời trên cơ sở perovskite thường cần một hoặc nhiều lớp vận chuyển điện tích. Những lớp này nằm ngay cạnh lớp perovskite trong pin mặt trời. Các lớp vận chuyển điện tích hữu cơ thường cần các phân tử phụ trợ để hoạt động. Vật liệu được mô tả là bị "pha tạp chất".

Trong pin mặt trời perovskite, hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao (PCE) thu được nhờ lớp vận chuyển điện tích hữu cơ được gọi là spiro-OMeTAD. Vật liệu này phải được pha tạp để có đủ độ dẫn điện và chức năng làm việc tối ưu, nhưng quy trình thông thường với muối hữu cơ liti đòi hỏi một bước oxy hóa kéo dài và ảnh hưởng đến độ ổn định của thiết bị. Nhóm nghiên cứu thành công loại bỏ thách thức này bằng giải pháp sử dụng chiến lược doping mới cho Spiro-OMeTAD.

Nhóm nghiên cứu bổ sung các tiền chất sinh học spiro-OMeTAD, chuyển đổi thành các chất đơn gốc hữu cơ ổn định. Kết hợp với muối ion, phương pháp pha tạp này tạo thành pin mặt trời có PCE cao (> 25%) và tăng cường độ ổn định.

Một tác giả khác của bài báo, Feng Wang, giảng viên tại IFM cho biết, phương tiếp cận này cũng cho phép điều chỉnh độ dẫn điện và chức năng làm việc một cách riêng biệt và có thể được áp dụng trong các thiết bị quang điện tử khác.

"Một lợi thế của việc sử dụng perovskite là các tế bào năng lượng mặt trời được chế tạo mỏng, nhẹ và linh hoạt, bán trong suốt. Nhờ đặc tính này có thể triển khai các pin mặt trời trên cơ sở perovskite lên các cửa sổ lớn hoặc mặt tiền của tòa nhà và thu thập điện năng, điều mà các tế bào năng lượng mặt trời làm từ silicon không thể thực hiện," ông Feng Wang nói.