Bảo vệ pin mặt trời perovskite khỏi tác động của môi trường bằng các phân tử có thể chuyển đổi ánh sáng
Bởi Đại học Stuttgart, ngày 27 tháng 2 năm 2026
Pin mặt trời perovskite: Nhóm nghiên cứu do Michael Saliba dẫn đầu và các nhà nghiên cứu quốc tế đã làm cho pin mặt trời có khả năng chống chịu tốt hơn với các tác động có hại của môi trường. Ảnh: Weiwei Zuo
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Stuttgart, cùng với các nhà nghiên cứu quốc tế, đã thành công trong việc nâng cao cả hiệu suất và khả năng chống chịu môi trường của pin mặt trời perovskite. Đây là một bước quan trọng khác hướng tới việc ứng dụng một công nghệ đầy hứa hẹn cho ngành quang điện. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Energy.
Tìm kiếm thành phần vật liệu tối ưu
Pin mặt trời perovskite là một công nghệ đầy hứa hẹn cho ngành quang điện. Chúng có hiệu suất cao và đồng thời dễ sản xuất hơn và rẻ hơn so với pin silicon thông thường.
“Gần đây chúng ta đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong việc bảo vệ các tế bào quang điện perovskite khỏi ánh sáng, nhiệt, độ ẩm và ứng suất cơ học. Nhưng việc vận hành chúng một cách đáng tin cậy trong điều kiện môi trường thay đổi vẫn là một thách thức,” Giáo sư Michael Saliba, người đứng đầu Viện Quang điện (ipv) tại Đại học Stuttgart, cho biết. Bằng cách tăng cường độ bền của vật liệu, các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc, Đức, Anh, Tây Ban Nha, Ý và Thụy Sĩ đã tiến gần hơn đáng kể đến việc đạt được mục tiêu này.
Các cation ba là tiêu chuẩn vàng trong số các vật liệu perovskite.
Nghiên cứu của họ tập trung vào các vật liệu perovskite dựa trên cái gọi là cation ba, sự kết hợp của methylammonium, formamidium và cesium. “Nhiều chuyên gia coi perovskite ba cation là tiêu chuẩn vàng vì chúng kết hợp hiệu quả cao với độ ổn định lâu dài đồng thời có thể tái tạo được,” Saliba, người đầu tiên phát hiện và nghiên cứu một cách có hệ thống các thành phần vật liệu này vào năm 2016, giải thích. Perovskite cũng đặc biệt được quan tâm vì hình dạng độc đáo của chúng khiến chúng có khả năng “điều chỉnh” cao, nghĩa là các đặc tính của chúng có thể được điều chỉnh chính xác thông qua các sửa đổi có mục tiêu.
Các phân tử có thể chuyển đổi bằng ánh sáng để bảo vệ ranh giới hạt
“Cần có những tiến bộ hơn nữa để thương mại hóa các perovskite này và thiết lập chúng như một lựa chọn thay thế đáng tin cậy cho chất bán dẫn silicon,” Saliba nói. “Để đạt được điều này, chúng tôi áp dụng các điều chỉnh nhỏ tạo ra hiệu quả lớn.”
Ranh giới hạt đóng vai trò là một trong những điểm điều chỉnh tinh tế này. Chúng có thể được ví như các mối nối giữa các viên đá lát: Cần thiết để giữ cấu trúc lại với nhau, nhưng lại dễ bị tổn thương nhất trước các tác động của môi trường. Sự không ổn định này dưới tác động kết hợp của nhiệt, ánh sáng và độ ẩm thể hiện điểm yếu quan trọng của vật liệu perovskite.
“Ổn định ranh giới hạt sẽ ổn định toàn bộ pin mặt trời,” Tiến sĩ Weiwei Zuo, một trong những đồng tác giả đến từ ipv, giải thích.
Để đạt được sự ổn định này, các nhà nghiên cứu đã đưa các phân tử chuyển đổi ánh sáng chuyên dụng vào ranh giới hạt, làm thay đổi hình dạng của chúng khi phản ứng với ánh sáng. Điều này cho phép chúng được điều chỉnh một cách linh hoạt và được sử dụng như một lớp đệm hấp thụ sức căng trong vật liệu.
Vừa hiệu quả cao vừa ổn định
Để kiểm tra vật liệu được cải tiến, nhóm nghiên cứu đã mô phỏng các kịch bản ứng suất thực tế trong phòng thí nghiệm, thường xảy ra trong điều kiện ánh sáng ban ngày dao động và ảnh hưởng của môi trường. Các thí nghiệm cho thấy rằng pin mặt trời perovskite được ổn định bằng các phân tử chuyển đổi ánh sáng giữ lại hơn 95% hiệu suất ban đầu và đạt hiệu suất khoảng 27%, ngay cả sau hai giờ tiếp xúc liên tục với tia UV ở 65 °C và 600 chu kỳ nhiệt độ từ –40 °C đến +85 °C.
“Thiết kế vật liệu mới của chúng tôi làm tăng độ ổn định hoạt động và tuổi thọ của pin mặt trời perovskite trong khi vẫn duy trì hiệu suất cạnh tranh, làm cho chúng phù hợp hơn nữa cho các ứng dụng thực tế,” Saliba và Zuo giải thích.
Thông tin xuất bản
Zuhong Zhang và cộng sự, Các đồng phân có khả năng chuyển đổi quang học để cải thiện khả năng phục hồi ranh giới hạt và độ ổn định của pin mặt trời perovskite dưới chu kỳ ánh sáng, Nature Energy (2026). DOI: 10.1038/s41560-026-01993-z
Thông tin tạp chí: Nature Energy
