Các nhà khoa học tăng cường tính ổn định của vật liệu mới cho pin mặt trời
Màng mỏng metylamoni chì iodua (MAPbI3–xClx) được tổng hợp bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học. Các phép đo nhiễu xạ tia X dựa trên synchrotron phụ thuộc vào nhiệt độ xác nhận rằng cấu trúc của MAPbI3–xClx, trong đó Cl hoạt động giống như một tạp chất hơn, vẫn tồn tại trong pha tứ giác trong khoảng nhiệt độ 20–300 K. Các nghiên cứu này còn tiếp tục tương quan với các nghiên cứu phát quang (PL) phụ thuộc vào nhiệt độ. Năng lượng cực đại PL tăng đơn điệu theo nhiệt độ, gợi ý về hành vi một pha. Các phép đo điện trở được tiến hành như một hàm của nhiệt độ cho thấy không có điểm uốn, cho thấy tính đồng nhất trong pha của nó. Trong khoảng từ 200 đến 325 K, điện trở không đổi. Ảnh: Tài liệu điện tử ứng dụng ACS (2022). DOI: 10.1021/acsaelm.2c00449
Các vật liệu mới có thể vừa thu hoạch vừa phát ra ánh sáng mang lại tiềm năng thú vị cho các công nghệ từ pin mặt trời đến TV và màn hình hiển thị. Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới để tăng cường tính ổn định và hiệu suất của một loại vật liệu cụ thể, được gọi là perovskites. Một bài báo dựa trên nghiên cứu đã được xuất bản trong Tài liệu điện tử ứng dụng ACS.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Missouri, phối hợp với các nhà khoa học từ Đại học Western Cape ở Nam Phi và các nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), đã phát triển một phương pháp mới để tạo ra perovskite lai. Đây là sự kết hợp của các vật liệu bán dẫn hữu cơ và vô cơ có thể tạo thành nền tảng của pin mặt trời mới hoặc các thiết bị điện tử khác.
"Các perovskite lai hữu cơ-vô cơ ngày càng trở nên hấp dẫn đối với cộng đồng vật liệu và điện tử, đặc biệt là trong khoảng 10 năm trở lại đây," giáo sư suchismita (Suchi) Guha của MU, tác giả chính của nghiên cứu cho biết. "Trong một số trường hợp, chúng đã trở nên hiệu quả như pin mặt trời dựa trên silicon. Ngoài ra, chúng cũng linh hoạt hơn nhiều so với silicon và có thể được sử dụng cũng như điều chỉnh cho nhiều loại ứng dụng."
Guha và các cộng tác viên của cô ấy đã cải tiến các phương pháp tạo ra perulfit chì halogenua. Các kỹ thuật trước đây để tạo ra các perovskite màng mỏng này yêu cầu quá trình xử lý chất lỏng bằng dung môi, làm cho màng dễ bị phân hủy khi tiếp xúc với không khí. Ngoài ra, với quy trình sản xuất trước đó, một trong các phân tử sẽ thay đổi cấu trúc của nó, gây ra các hạn chế về hiệu suất trong các điều kiện hoạt động trong thế giới thực.
Với kỹ thuật mới, các nhà nghiên cứu có thể ngăn chặn sự thay đổi, giữ cho phân tử bị ảnh hưởng ở một cấu trúc ổn định trong một phạm vi nhiệt độ lớn. Ngoài ra, kỹ thuật mới làm cho perovskite không khí ổn định, làm cho nó thích hợp cho một tế bào năng lượng mặt trời tiềm năng.
"Đã có nhiều nghiên cứu xem xét các cách để cố gắng cải thiện tính ổn định của perovskite lai, bao gồm các rào cản khuếch tán, kỹ thuật phụ gia và tối ưu hóa điện cực trơ về mặt hóa học, nhưng đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên xem xét chính phương pháp tăng trưởng này như là một cách để tăng hiệu suất cuối cùng của thiết bị," Guha nói.
Để xác nhận cấu trúc phân tử của vật liệu perovskite, Guha và các đồng nghiệp của cô, bao gồm cả nhà vật lý Argonne Evguenia (Jenia) Karapetrova, đã sử dụng các phép đo nhiễu xạ tia X tại Nguồn Photon Nâng cao (APS) của Argonne, một cơ sở người dùng của Văn phòng Khoa học DOE.
Karapetrova cho biết: “Việc có thể mô tả cấu trúc perovskite tại APS cung cấp một cửa sổ duy nhất về khả năng của vật liệu chức năng này.
"Ngăn chặn sự thay đổi pha dường như là chìa khóa để đảm bảo hiệu suất thiết bị được cải thiện," Guha nói. "Bằng cách duy trì cấu trúc ổn định trong suốt khoảng thời gian nhiệt độ hoạt động, chúng tôi chỉ ra con đường dẫn đến một perovskite cải tiến và có tiềm năng hữu ích."
