Các nhà nghiên cứu tạo ra pin mặt trời perovskite hiệu quả hơn

Các nhà nghiên cứu tạo ra pin mặt trời perovskite hiệu quả hơn

    Các nhà nghiên cứu tạo ra pin mặt trời perovskite hiệu quả hơn
     

    bởi Tyler Irving, Đại học Toronto

    Researchers create more efficient perovskite solar cell


    Từ trái sang Leiwei Zeng, Zaiwei Wang và Hao Chen trưng bày các mẫu pin mặt trời perovskite ba điểm nối có mức tăng kỷ lục về hiệu suất. Ảnh: Tyler Irving, Đại học Toronto


    Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Toronto đã tạo ra pin mặt trời perovskite ba điểm nối với hiệu suất kỷ lục bằng cách khắc phục hạn chế chính của các thiết kế trước đó.

    Nguyên mẫu này thể hiện một bước tiến đáng kể trong việc phát triển các giải pháp thay thế chi phí thấp cho pin mặt trời dựa trên silicon, là tiêu chuẩn ngành hiện tại.

    Giáo sư Ted Sargent, người mới gia nhập khoa hóa học, cho biết: “Ngoài chi phí sản xuất thấp hơn, perovskites còn cho chúng ta khả năng xếp chồng nhiều lớp vật liệu hấp thụ ánh sáng lên nhau và thậm chí chồng lên các tế bào silicon truyền thống”. và khoa kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Northwestern nhưng vẫn duy trì phòng thí nghiệm của mình tại Khoa Khoa học & Kỹ thuật Ứng dụng của U of T.

    "Trong công việc này, chúng tôi đã sử dụng thiết kế hợp lý để giải quyết một thách thức quan trọng có thể phát sinh trong mô hình nhiều lớp này, cải thiện cả hiệu quả và độ bền."

    Các tế bào năng lượng mặt trời ngày nay được làm từ một tấm silicon siêu tinh khiết, rất tốn năng lượng để sản xuất. Ngược lại, pin mặt trời perovskite được tạo ra bằng cách sử dụng màng đa tinh thể perovskite được phủ lên bề mặt bằng các kỹ thuật xử lý dung dịch, chi phí thấp tương tự như kỹ thuật được sử dụng trong ngành in.

    Bằng cách thay đổi thành phần của các tinh thể perovskite trong các màng này, mỗi lớp có thể được "điều chỉnh" để hấp thụ các bước sóng ánh sáng khác nhau, giúp sử dụng hiệu quả toàn bộ quang phổ mặt trời. Điều này là không thể với silicon, chất luôn hấp thụ các bước sóng giống nhau.

    Nhóm của Sargent nằm trong số những người đang phát triển những phương pháp mới để mở khóa tiềm năng của pin mặt trời perovskite. Nghiên cứu trước đây của họ bao gồm các ô song song hai lớp, nhưng nghiên cứu mới nhất của họ, được xuất bản trên Nature, tập trung vào thiết kế ba lớp.

    Nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Zaiwei Wang cho biết: "Các tế bào nhiều lớp thường được thiết kế sao cho lớp trên cùng với perovskite dải rộng hấp thụ các photon năng lượng nhất, nghĩa là ánh sáng tần số cao với bước sóng ngắn, về phía đầu tím của quang phổ". một trong bốn đồng tác giả chính trên bài báo mới.

    "Lớp tiếp theo sẽ hấp thụ các bước sóng trung bình và lớp dưới cùng sẽ hấp thụ các bước sóng dài hơn. Nhưng ở lớp trên cùng, chúng tôi gặp thách thức về sự phân tách pha do ánh sáng gây ra."

    Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loại vật liệu perovskite có tên là ABX3, được làm từ hỗn hợp các chất khác nhau—bao gồm xêzi, chì, thiếc, iốt, brom và một số phân tử hữu cơ nhỏ. Đặc biệt, lớp trên cùng bao gồm các perulfit halogenua hỗn hợp, có tỷ lệ brom và iốt cao.

    "Điều xảy ra trong quá trình phân tách pha do ánh sáng gây ra của các perovskite hỗn hợp này là sự bắn phá của các photon tần số cao làm cho các pha giàu brom tách ra khỏi các pha giàu iốt," Hao Chen, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ cho biết. nhà nghiên cứu và đồng tác giả chính của nghiên cứu.

    "Điều này dẫn đến sự gia tăng các lỗi và giảm hiệu suất tổng thể."

    Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô hình máy tính chi tiết để mô phỏng tác động làm thay đổi thành phần của các tinh thể. Công trình này đề xuất hai thay đổi: loại bỏ các phân tử hữu cơ để có cấu trúc perovskite hoàn toàn vô cơ và giới thiệu nguyên tố rubidi.

    Tong Zhu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ khác và là đồng tác giả chính cho biết: “Sự ra đời của rubidi ngăn chặn vấn đề phân tách pha do ánh sáng gây ra.

    "Perovskite vô cơ hỗn hợp rubidi/cesium của chúng tôi cho thấy độ ổn định ánh sáng tốt hơn so với các vật liệu perovskite [khác], bao gồm perovskite vô cơ dựa trên cesium và perovskite lai hữu cơ-vô cơ được sử dụng rộng rãi với các khoảng cách dải tương tự."

    Sau đó, sử dụng kiến thức này, nhóm đã thiết kế và chế tạo một tế bào ba điểm nối với thành phần này. Họ đo được hiệu quả của nó là 24,3% với điện áp mạch hở là 3,21 vôn. Họ cũng đã gửi nó để được Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia chứng nhận độc lập, nơi đã đo hiệu suất ở trạng thái gần như ổn định là 23,3%.

    "Trước đây, pin mặt trời perovskite ba điểm nối đã chứng minh hiệu suất tối đa khoảng 20%, vì vậy đây là một cải tiến lớn. Theo hiểu biết của chúng tôi, đây cũng là hiệu quả chứng nhận đầu tiên được báo cáo của pin mặt trời perovskite ba điểm nối," cho biết Bằng tiến sĩ. ứng cử viên Lewei Zeng, một đồng tác giả chính khác.

    "Các thiết kế trước đây cũng có xu hướng giảm nhiều hiệu suất chỉ trong vài giờ. Ngược lại, thiết kế của chúng tôi duy trì 80% hiệu suất ban đầu ngay cả sau 420 giờ hoạt động—vì vậy đó cũng là một bước tiến lớn về độ bền."

    Nhóm nghiên cứu cho biết mặc dù cần phải cải thiện thêm về hiệu suất trước khi pin mặt trời perovskite có thể cạnh tranh với silicon trong ứng dụng thương mại nghiên cứu mới nhất cho thấy một con đường phía trước.

    Zeng nói: “Lý thuyết cho chúng ta biết rằng perovskite có khả năng khắc phục rất nhiều hạn chế cố hữu của silicon với tư cách là một vật liệu.

    "Nhưng nó không chỉ đơn giản là vấn đề thay thế cái này. Có thể có một số ứng dụng phù hợp hơn với perovskites, và một số nơi silicon tốt hơn—hoặc chúng ta có thể kết hợp cả hai. Có rất nhiều khả năng thú vị ở phía trước."

    Zalo
    Hotline