Pin mặt trời perovskite (PVSC) là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho pin mặt trời dựa trên silicon truyền thống vì hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao và chi phí thấp. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn trong quá trình phát triển của họ là đạt được sự ổn định lâu dài.
Gần đây, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Thành phố Hồng Kông (CityU) đã tạo ra một bước đột phá bằng cách phát triển một chất phụ gia đa chức năng và không bay hơi cải tiến có thể cải thiện hiệu quả và độ ổn định của pin mặt trời perovskite bằng cách điều chỉnh sự phát triển của màng perovskite. Chiến lược đơn giản và hiệu quả này có tiềm năng lớn để tạo thuận lợi cho việc thương mại hóa PVSC.
Giáo sư Alex Jen Kwan-yue giải thích: "Loại phụ gia đa chức năng này thường có thể được sử dụng để tạo ra các thành phần perovskite khác nhau nhằm chế tạo pin mặt trời perovskite hiệu quả cao và ổn định. Màng perovskite chất lượng cao sẽ cho phép nâng cấp các tấm pin mặt trời diện tích lớn". , Lee Shau Kee Chủ tịch Giáo sư Khoa học Vật liệu và Giám đốc Viện Năng lượng Sạch Hồng Kông tại CityU, người đứng đầu nghiên cứu.
Các PVSC đã thu hút được sự chú ý đáng kể do hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời (PCE) ấn tượng của chúng. Vì perovskite có thể được lắng đọng từ các dung dịch lên bề mặt chế tạo nên PVSC có tiềm năng được ứng dụng trong quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV), thiết bị đeo được và các ứng dụng trang trại năng lượng mặt trời.
Tuy nhiên, hiệu quả và độ ổn định vẫn bị ảnh hưởng bởi sự mất mát năng lượng nghiêm trọng liên quan đến các khiếm khuyết được nhúng tại các giao diện và ranh giới hạt của perovskite. Do đó, chất lượng nội tại của màng perovskite đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu quả và độ ổn định có thể đạt được của PVSC.
Mặc dù nhiều nghiên cứu trước đây đã tập trung vào việc cải thiện hình thái và chất lượng màng bằng các chất phụ gia dễ bay hơi, nhưng các chất phụ gia này có xu hướng thoát ra khỏi màng sau khi ủ, tạo ra khoảng trống tại giao diện chất nền perovskite.
Để giải quyết những vấn đề này, các nhà nghiên cứu của CityU đã phát triển một chiến lược đơn giản nhưng hiệu quả để điều chỉnh sự phát triển của màng perovskite nhằm nâng cao chất lượng màng. Họ phát hiện ra rằng bằng cách thêm một phân tử đa chức năng (4-guanidinobenzoic acid hydrochloride, (GBAC)) vào tiền chất perovskite, một pha trung gian có cầu nối hydro được hình thành và điều chỉnh quá trình kết tinh để tạo ra màng perovskite chất lượng cao với các hạt tinh thể perovskite lớn. và sự phát triển hạt kết hợp từ dưới lên bề mặt của bộ phim.
Phân tử này cũng có thể đóng vai trò là chất liên kết thụ động hóa khuyết tật hiệu quả (một phương pháp làm giảm mật độ khuyết tật của màng perovskite) trong màng perovskite đã ủ do tính không bay hơi của nó, giúp giảm đáng kể tổn thất do tái hợp không bức xạ và cải thiện chất lượng màng.
Các thí nghiệm của họ cho thấy mật độ khuyết tật của màng perovskite có thể giảm đáng kể sau khi giới thiệu GBAC. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời perovskite đảo ngược (pin) dựa trên perovskite biến đổi đã được tăng lên 24,8% (24,5% được chứng nhận bởi Phòng thí nghiệm Công nghệ Môi trường & An toàn Điện Nhật Bản), đây là một trong những giá trị cao nhất được báo cáo trong tài liệu.
Ngoài ra, tổn thất năng lượng tổng thể của thiết bị đã giảm xuống còn 0,36eV, thể hiện một trong những tổn thất năng lượng thấp nhất trong số các thiết bị PVSC có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao.
Ngoài ra, các thiết bị không có vỏ bọc thể hiện độ ổn định nhiệt được cải thiện sau hơn 1.000 giờ trong điều kiện gia nhiệt liên tục ở 65 ± 5°C trong hộp đựng găng tay chứa đầy nitơ trong khi vẫn duy trì 98% hiệu suất ban đầu.
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng áp dụng chung của chiến lược này cho các chế phẩm perovskite khác nhau và các thiết bị có diện tích lớn. Ví dụ: một thiết bị có diện tích lớn hơn (1 cm 2 ) trong thử nghiệm mang lại PCE cao 22,7% với chiến lược này, cho thấy tiềm năng tuyệt vời để chế tạo các PVSC có thể mở rộng, hiệu quả cao.
Giáo sư Jen cho biết : “Công trình này cung cấp một lộ trình rõ ràng để đạt được chất lượng màng perovskite được tối ưu hóa nhằm tạo điều kiện phát triển pin mặt trời perovskite hiệu quả cao và ổn định cũng như khả năng nâng cấp của chúng cho các ứng dụng thực tế”.
Trong tương lai, nhóm đặt mục tiêu mở rộng hơn nữa cấu trúc phân tử và tối ưu hóa cấu trúc thiết bị thông qua kỹ thuật tổng hợp và giao diện. Họ cũng sẽ tập trung vào việc chế tạo các thiết bị có diện tích lớn.
