Các nhà nghiên cứu công bố pin mặt trời perovskite hiệu suất cao với tuổi thọ gấp ba lần
bởi JooHyeon Heo, Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan
(Trái) Cấu trúc hóa học của tBP và 4CP. Hình ảnh chèn: hình ảnh của tBP và 4CP. (Phải) Hiệu suất và độ ổn định của PSC. (Dưới) Độ ổn định nhiệt của PSC sử dụng tBP và 4CP. Nguồn: Nature Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01864-z
Một pin mặt trời perovskite có tuổi thọ gấp ba lần so với các thiết bị thông thường đã được phát triển, nhờ một chất phụ gia thể rắn mới thay thế các thành phần lỏng truyền thống vốn được biết là làm giảm độ ổn định.
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Changduk Yang và Seung-Jae Shin từ Khoa Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học thuộc Viện Công nghệ Liên hợp Quốc (UNIST) dẫn đầu, cùng với Giáo sư Hanul Min từ Đại học Hàn Quốc, đã tích hợp thành công một chất phụ gia rắn mới—4-(N-carbazolyl)pyridine (4CP)—vào pin mặt trời perovskite. Sáng kiến này đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng đáng kể là 26,2% (được chứng nhận là 25,8%) và chứng minh được độ ổn định lâu dài đặc biệt.
Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Nature Energy.
Các chất phụ gia dạng lỏng như 4-tert-butylpyridine (tBP) thường được sử dụng để tăng cường khả năng truyền tải điện tích bên trong pin mặt trời perovskite, giúp cải thiện hiệu suất của chúng. Tuy nhiên, bản chất dễ bay hơi của chúng dẫn đến sự bay hơi ở nhiệt độ cao, tạo ra các sản phẩm phụ và các lỗ kim siêu nhỏ làm giảm hiệu suất của thiết bị theo thời gian.
Chất phụ gia 4CP mới được phát triển là một vật liệu rắn giải quyết triệt để những vấn đề này. Không giống như tBP dạng lỏng, 4CP không bay hơi, mang lại độ ổn định nhiệt cao hơn và ngăn ngừa các quá trình thoái hóa liên quan đến bay hơi. Hơn nữa, 4CP thúc đẩy các giao diện đồng nhất giữa các lớp khác nhau bên trong cell, tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền điện tích hiệu quả và tăng cường hiệu suất hơn nữa.
Các thiết bị tích hợp 4CP duy trì 80% hiệu suất ban đầu sau hơn 3.000 giờ hoạt động liên tục. Chúng cũng thể hiện khả năng phục hồi đáng kể trong điều kiện khắc nghiệt, duy trì hơn 90% hiệu suất ban đầu sau 200 chu kỳ sốc nhiệt từ -80°C đến 80°C.
Ngoài ra, các cell pin duy trì hiệu suất 80% sau 400 giờ tiếp xúc với nhiệt độ 85°C, trong khi các cell pin dạng lỏng mất hơn một nửa hiệu suất chỉ sau 120 giờ trong cùng điều kiện.
"Nghiên cứu này chứng minh rằng việc chỉ cần thay thế chất phụ gia mà không thay đổi quy trình sản xuất có thể giải quyết hiệu quả một trong những thách thức chính mà pin mặt trời perovskite phải đối mặt - đó là tuổi thọ", nhóm nghiên cứu chung cho biết.
"Với độ ổn định trong điều kiện khắc nghiệt, những tiến bộ này mở đường cho việc triển khai công nghệ năng lượng mặt trời perovskite trong các môi trường khắc nghiệt, bao gồm cả ứng dụng không gian."
Nhóm nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng phương pháp của họ vẫn tương thích với các quy trình sản xuất hiện có, giúp giảm bớt rào cản cho việc mở rộng quy mô thương mại. Họ dự định phát triển các mô-đun có diện tích lớn hơn để xác thực hiệu suất thực tế và tạo điều kiện thuận lợi cho việc thương mại hóa.
Nghiên cứu này được thực hiện bởi Sangjin Yang từ UNIST và Kihoon Kim từ Đại học Hàn Quốc với tư cách là đồng tác giả đầu tiên.
Thông tin thêm: Kihoon Kim và cộng sự, Phụ gia 4-(N-carbazolyl)pyridine thể rắn không bay hơi cho pin mặt trời perovskite với độ ổn định nhiệt và vận hành được cải thiện, Nature Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01864-z
Thông tin tạp chí: Nature Energy
Được cung cấp bởi Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan
