Các kỹ sư nâng cao hiệu suất, độ ổn định của pin mặt trời
Ke Ma, trợ lý nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trường Kỹ thuật Hóa học Davidson của Purdue, nghiên cứu chế tạo pin mặt trời perovskite trước hộp đựng găng tay chứa đầy nitơ. Ma và các nhà nghiên cứu khác của Purdue đã phát triển các phối tử liên hợp giúp cải thiện quá trình truyền điện tích, khả năng chuyển đổi năng lượng và độ ổn định lâu dài của pin mặt trời perovskite. Ảnh Đại học Purdue / Vincent Walter
Các nhà nghiên cứu của Đại học Purdue đã tạo ra các phối tử mới, đa chức năng giúp cải thiện quá trình truyền điện tích, khả năng chuyển đổi năng lượng và độ ổn định lâu dài của pin mặt trời perovskite.
Perovskite là vật liệu có thể được hình thành từ các nguyên tố khác nhau để có nhiều đặc tính điện, quang học và vật lý. Perovskite có thể được sản xuất dưới dạng pin mặt trời với các kỹ thuật đơn giản tương tự như in báo; các kỹ thuật này tốn ít chi phí hơn và sử dụng ít năng lượng hơn so với các kỹ thuật được sử dụng để sản xuất các tế bào silicon truyền thống.
Các tấm pin mặt trời perovskite cũng mỏng hơn và nhẹ hơn nhiều so với các tấm pin silicon, giúp chi phí vận chuyển và lắp đặt thấp hơn. Chúng có thể được chế tạo nhẹ và linh hoạt về mặt cơ học và di động. Nhưng Letian Dou, Phó Giáo sư Kỹ thuật Hóa học Charles Davidson tại Trường Kỹ thuật Hóa học Davidson, cho biết pin mặt trời perovskite có những đặc điểm làm hạn chế hiệu quả của chúng.
Dou cho biết: "Những tế bào năng lượng mặt trời này thiếu sự truyền điện tích hiệu quả, không ổn định và dễ bị tổn thương khi tiếp xúc với ánh sáng kéo dài, điều này thường dẫn đến sự xuống cấp". "Độ ổn định kém đồng nghĩa với tuổi thọ của sản phẩm ngắn hơn và người tiêu dùng sẽ cần thay thế bảng điều khiển thường xuyên hơn. Perovskite có thể không ổn định trong 25 năm như silicon, nhưng cần ít nhất 10 năm để thương mại hóa thành công. Việc thay thế các bảng điều khiển cũng làm tăng thêm nhân công Giá cả."
Dou cho biết pin mặt trời truyền thống yêu cầu một giao diện quan trọng giữa perovskite và lớp thu điện tích hữu cơ. Ông cho biết cần có một loại "keo" phân tử, nhưng các phân tử thông thường sẽ chặn dòng điện.
Dou cho biết: “Các phối tử liên hợp của chúng tôi hoàn toàn phù hợp với mạng tinh thể perovskite và có thể giúp xây dựng cấu trúc dị thể perovskite 2D trên 3D, giúp tăng cường hơn nữa tính ổn định của tấm pin mặt trời”.
Dou và nhóm của ông đã thử nghiệm các phối tử sáng tạo trong phòng thí nghiệm của họ.
Dou cho biết: "Chúng tôi đã đạt được gần 25% hiệu suất chuyển đổi năng lượng với các phối tử, so với dưới 20% khi không có chúng". "Chúng tôi cũng đã cải thiện thời gian sử dụng lên hơn 2.400 giờ được thử nghiệm ở 65 độ C, lâu hơn gấp 4 lần so với khi không có phối tử."
Dou và nhóm của anh ấy đang thực hiện các bước bổ sung để cải thiện các phối tử.
Dou cho biết: “Chúng tôi đang nghiên cứu các phối tử mới để tiếp tục đạt được những gì chúng tôi đã đạt được: hiệu suất chuyển đổi năng lượng hơn 25% và tuổi thọ hoạt động hơn 10.000 giờ”. "Chúng tôi cũng đang nỗ lực để áp dụng các phối tử trong các mô-đun năng lượng mặt trời có diện tích lớn hơn. Chúng tôi mong muốn đạt được những mục tiêu này trong vòng một năm hoặc lâu hơn."
Dou đã tiết lộ sự đổi mới về phối tử liên hợp cho Văn phòng Thương mại hóa Công nghệ của Quỹ Nghiên cứu Purdue. Văn phòng này đã nộp đơn xin bảo hộ bằng sáng chế đối với tài sản trí tuệ.
Nghiên cứu trước đây của Dou đã được xuất bản trong số tháng 7 năm 2021 của Advanced Materials và số tháng 1 năm 2021 của Angewandte Chemie.
