Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bách khoa Hồng Kông (PolyU) đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng đột phá (PCE) là 19,31% với pin mặt trời hữu cơ (OSC), còn được gọi là pin mặt trời polyme. Hiệu quả OSC nhị phân đáng chú ý này sẽ giúp nâng cao ứng dụng của các thiết bị năng lượng mặt trời tiên tiến này.
PCE, thước đo năng lượng được tạo ra từ một bức xạ mặt trời nhất định, được coi là một tiêu chuẩn quan trọng cho hiệu suất của quang điện (PV), hoặc các tấm pin mặt trời , trong phát điện . Hiệu quả được cải thiện hơn 19% mà các nhà nghiên cứu PolyU đạt được đã tạo thành một kỷ lục đối với các OSC nhị phân, có một người cho và một người nhận trong lớp quang hoạt.
Được dẫn dắt bởi Giáo sư Li Gang, Chủ tịch Giáo sư Công nghệ Chuyển đổi Năng lượng và Ngài Sze-Yen Chung, Giáo sư về Năng lượng tái tạo tại PolyU, nhóm nghiên cứu đã phát minh ra một kỹ thuật điều chỉnh hình thái OSC mới bằng cách sử dụng 1,3,5-trichlorobenzene làm chất kết tinh bộ điều chỉnh. Kỹ thuật mới này giúp tăng hiệu quả và độ ổn định của OSC.
Nhóm đã phát triển một chiến lược thao tác trạng thái trung gian (ISM) không đơn điệu để điều khiển hình thái OSC khối-dị thể (BHJ) và đồng thời tối ưu hóa động lực kết tinh và tổn thất năng lượng của các OSC không fullerene. Không giống như chiến lược sử dụng các chất phụ gia dung môi truyền thống, dựa trên sự kết tụ phân tử quá mức trong phim, chiến lược ISM thúc đẩy sự hình thành các phân tử sắp xếp có trật tự hơn và sự kết hợp phân tử thuận lợi. Kết quả là, PCE đã tăng lên đáng kể và tổn thất tái hợp không bức xạ không mong muốn đã giảm. Đáng chú ý, sự tái hợp không bức xạ làm giảm hiệu suất phát sáng và tăng sự thất thoát nhiệt.
Phát hiện của nhóm nghiên cứu được mô tả trong nghiên cứu "19,3% pin mặt trời hữu cơ nhị phân và khả năng tái hợp không bức xạ thấp được kích hoạt bởi quá trình chuyển đổi trạng thái trung gian không đơn điệu" được xuất bản trên tạp chí Nature Communications . Việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng là một công nghệ thiết yếu để đạt được một môi trường bền vững. Mặc dù OSC là những thiết bị hứa hẹn khai thác năng lượng mặt trời một cách hiệu quả nhưng hiệu quả của chúng phải được cải thiện nếu chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng thực tế.
Giáo sư Li cho biết, "Những thách thức trong nghiên cứu đến từ các phương pháp kiểm soát hình thái điểm chuẩn dựa trên chất phụ gia hiện có, vốn bị tổn thất do tái hợp không bức xạ, do đó làm giảm điện áp mạch hở do tổng hợp quá mức." Nhóm nghiên cứu đã mất khoảng hai năm để đưa ra chiến lược ISM không đơn điệu nhằm tăng hiệu suất OSC và giảm tổn thất tái hợp không bức xạ. Việc xuất bản nghiên cứu hứa hẹn sẽ thúc đẩy nghiên cứu OSC.
Giáo sư Li cho biết: "Phát hiện mới sẽ khiến nghiên cứu về OSC trở thành một lĩnh vực thú vị và điều này có thể sẽ tạo ra những cơ hội to lớn trong các ứng dụng như điện tử di động và PV tích hợp trong tòa nhà." Cánh cửa mới sẽ mở ra khi các OSC một khớp nối chi phí thấp có thể đạt được PCE trên 20%, cùng với hiệu suất ổn định hơn và các ưu điểm độc đáo khác như tính linh hoạt, độ trong suốt, khả năng co giãn, trọng lượng nhẹ và màu sắc có thể điều chỉnh được.
Giáo sư Li đã được công nhận là Nhà nghiên cứu được trích dẫn cao 9 năm liên tiếp kể từ năm 2014, điều này chứng tỏ tác động đáng kể của ông đối với nghiên cứu toàn cầu. Những đóng góp tiên phong của ông cho nghiên cứu về pin mặt trời polymer từ năm 2005 đã mang lại ảnh hưởng bền vững đối với sự phát triển năng lượng mặt trời in được với sự công nhận toàn cầu.
Giáo sư Li cho biết: "Nghiên cứu mới nhất cho thấy tổn thất tái hợp không bức xạ thấp kỷ lục là 0,168 eV trong OSC nhị phân với PCE trên 19%. Đây là một kết quả rất đáng khích lệ đối với nghiên cứu lâu dài về OSC mà tôi có được tiến hành trong hai thập kỷ qua. Chúng tôi đã đạt được hiệu quả OSC tốt hơn và điều này sau đó sẽ giúp đẩy nhanh các ứng dụng của năng lượng mặt trời."
