Công nghệ quang điện (PV), chuyển đổi ánh sáng thành điện, ngày càng được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới để tạo ra năng lượng tái tạo. Các nhà nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật của Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông (HKUST) đã phát triển một phương pháp xử lý phân tử giúp tăng đáng kể hiệu suất và độ bền của pin mặt trời perovskite. Bước đột phá của họ có khả năng đẩy nhanh quá trình sản xuất năng lượng sạch này trên quy mô lớn.
Phân tử amino-silane và quá trình chế tạo cũng như tính chất quang điện tử của chúng. Tín dụng: HKUST
Chìa khóa cho giải pháp là họ đã xác định thành công các thông số quan trọng quyết định hiệu suất và tuổi thọ của perovskite halide, một vật liệu quang điện thế hệ tiếp theo đã nổi lên như một trong những vật liệu triển vọng nhất trong các thiết bị PV nhờ cấu trúc tinh thể độc đáo của nó. Những phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Science.
Dưới sự chỉ đạo của Trợ lý Giáo sư Lin Yen-Hung thuộc Khoa Kỹ thuật Điện tử và Máy tính và Phòng thí nghiệm Trọng điểm Nhà nước về Công nghệ Quang điện tử và Màn hình Tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã điều tra nhiều cách thụ động hóa khác nhau, một quá trình hóa học làm giảm số lượng khuyết tật hoặc giảm thiểu tác động của chúng trong vật liệu, do đó nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của các thiết bị bao gồm các vật liệu này. Họ tập trung vào họ phân tử "amino-silane" để thụ động hóa pin mặt trời perovskite.
"Quá trình thụ động hóa dưới nhiều hình thức đã đóng vai trò rất quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất của pin mặt trời perovskite trong thập kỷ qua. Tuy nhiên, các lộ trình thụ động hóa dẫn đến hiệu suất cao nhất thường không cải thiện đáng kể tính ổn định hoạt động lâu dài", Giáo sư Lin giải thích.
Lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra cách các loại amin khác nhau (chính, phụ và bậc ba) và sự kết hợp của chúng có thể cải thiện bề mặt màng perovskite nơi có nhiều khuyết tật hình thành. Họ đã đạt được điều này bằng cách sử dụng cả phương pháp "ex-situ" (bên ngoài môi trường hoạt động) và "in-situ" (bên trong môi trường hoạt động) để quan sát sự tương tác của các phân tử với perovskite.
Từ đó, họ xác định các phân tử làm tăng đáng kể hiệu suất lượng tử phát quang (PLQY), tức là số lượng photon phát ra trong quá trình kích thích vật liệu, cho thấy ít khuyết tật hơn và chất lượng tốt hơn.
"Phương pháp này rất quan trọng đối với sự phát triển của các tế bào quang điện song song, kết hợp nhiều lớp vật liệu quang hoạt với các khoảng cách dải khác nhau. Thiết kế này tối đa hóa việc sử dụng quang phổ mặt trời bằng cách hấp thụ các phần khác nhau của ánh sáng mặt trời trong mỗi lớp, dẫn đến hiệu suất tổng thể cao hơn", Giáo sư Lin cho biết.
Trong cuộc trình diễn pin mặt trời của mình, nhóm đã chế tạo các thiết bị có kích thước trung bình (0,25 cm 2 ) và lớn (1 cm 2 ). Thí nghiệm đạt được tổn thất điện áp quang thấp trên một phạm vi rộng các khoảng cách băng tần, duy trì điện áp đầu ra cao.
Các thiết bị này đạt điện áp mạch hở cao vượt quá 90% giới hạn nhiệt động lực học. So sánh với khoảng 1.700 bộ dữ liệu từ các tài liệu hiện có cho thấy kết quả của họ nằm trong số những kết quả tốt nhất được báo cáo cho đến nay về hiệu quả chuyển đổi năng lượng.
Quan trọng hơn nữa, nghiên cứu này đã chứng minh được tính ổn định hoạt động đáng kể của các tấm pin thụ động amino-silane theo giao thức ISOS-L-3 của Hội nghị thượng đỉnh quốc tế về pin mặt trời hữu cơ (ISOS) -L-3, một quy trình thử nghiệm chuẩn hóa cho pin mặt trời.
Khoảng 1.500 giờ sau quá trình lão hóa tế bào, hiệu suất điểm công suất cực đại (MPP) và hiệu suất chuyển đổi công suất (PCE) vẫn ở mức cao. Đối với các tế bào thụ động tốt nhất giảm xuống 95% giá trị ban đầu của chúng, hiệu suất MPP vô địch và PCE vô địch lần lượt được ghi nhận ở mức 19,4% và 20,1%—trong số các số liệu cao nhất (khi tính đến khoảng cách dải) và dài nhất được báo cáo cho đến nay.
Giáo sư Lin nhấn mạnh rằng quy trình xử lý của họ không chỉ giúp tăng hiệu quả và độ bền của pin mặt trời perovskite mà còn tương thích với sản xuất quy mô công nghiệp.
"Phương pháp xử lý này tương tự như quy trình mồi HMDS (hexamethyldisilazane) được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bán dẫn", ông cho biết. "Sự tương đồng như vậy cho thấy phương pháp mới của chúng tôi có thể dễ dàng tích hợp vào các quy trình sản xuất hiện có, giúp nó khả thi về mặt thương mại và sẵn sàng cho ứng dụng quy mô lớn".
Nhóm nghiên cứu bao gồm nghiên cứu sinh Tiến sĩ Kỹ thuật Điện tử và Máy tính Cao Xue-Li, Trưởng phòng Phòng thí nghiệm trọng điểm Nhà nước về Công nghệ Quang điện tử và Màn hình tiên tiến Tiến sĩ Fion Yeung, cùng với các cộng tác viên từ Đại học Oxford và Đại học Sheffield.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
