Trong lĩnh vực năng lượng sạch, pin mặt trời perovskite halogen kim loại (PSC) đã nổi lên như một trọng tâm, thu hút sự chú ý đáng kể vì những tiến bộ phi thường của chúng. Chỉ trong hơn một thập kỷ, hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) được chứng nhận của họ đã tăng vọt lên 26,1%, đạt đến giới hạn trên được thấy trong pin silicon tinh thể truyền thống. Điều làm nên sự khác biệt của PSC là khả năng vượt ngưỡng 30% PCE của chúng.
Ở phía bên trái của hình là màng perovskite được điều chế theo ba cách, ở giữa là sơ đồ cấu trúc tinh thể bên trong được phóng to và bên phải là sơ đồ tương tác được mở rộng hơn nữa giữa các phân tử bất đối và perovskite. Ở hàng đầu tiên, các màng tinh thể perovskite không đều trộn với α và δ được tạo ra do các ion FA lớn. Ở hàng thứ hai, hiệu ứng thụ động của phân tử bất đối pha tạp Dp-Fphe dẫn đến màng perovskite không có pha δ có hại nhưng bị rối loạn. Ở hàng thứ ba, mômen lưỡng cực từ giữa các phân tử và perovskite được tăng cường bằng cách tác dụng từ trường bên ngoài, thu được màng perovskite chất lượng cao có trật tự đồng đều. Nguồn: Nhà xuất bản Khoa học Trung Quốc
Chìa khóa để tối ưu hóa các thiết bị năng lượng mặt trời nằm ở việc lắng đọng màng perovskite chất lượng cao. Việc đạt được mật độ khuyết tật tối thiểu và tính đồng nhất đặc biệt trở nên quan trọng để nâng cao hiệu suất thiết bị. Một chiến lược thường được sử dụng là đưa các phân tử cụ thể vào quá trình kết tinh màng perovskite để loại bỏ các khiếm khuyết hoặc ngăn chặn các thành phần dư thừa. Tuy nhiên, các chiến lược thụ động thông thường trong quang điện perovskite (ABX 3 ) đặt ra những hạn chế về sự tương tác giữa các phân tử thụ động và các vị trí A, B và X.
Cốt lõi của quá trình điều hòa kết tinh perovskite là cấu trúc bát diện chì-iốt. Thao tác quá trình này bao gồm việc kết hợp các nhóm chức năng thích hợp, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành các màng đa tinh thể đồng nhất với định hướng tinh thể đặc biệt.
Cấu hình phân tử độc đáo của perovskite mang lại cơ hội tác động đến hướng kết tinh bằng cách điều chỉnh độ phân cực giữa vật liệu perovskite và các thành phần được đưa vào. Ví dụ, chuyển động quay của vị trí A cung cấp một phương tiện để tăng cường sự tương tác giữa các phân tử thụ động và perovskites, đặc biệt là khi có từ trường bên ngoài.
Trong bối cảnh thú vị này, một phương pháp tiên phong đã được giới thiệu để điều khiển hướng tinh thể của perulfit halogenua kim loại, bởi nhóm của Giáo sư Wang từ Đại học Soochow. Họ đã giới thiệu một tập hợp các phân tử bất đối và sử dụng các đặc tính vốn có của các phân tử bất đối, thiết lập một lực mạnh được định lượng giữa các phân tử bất đối và ion formamidine (FA) trong perovskite, được gọi là mômen lưỡng cực từ.
Pha δ có hại cho thiết bị chắc chắn sẽ được tạo ra trong quá trình kết tinh của màng perovskite thông thường và việc sử dụng đơn giản các phân tử thụ động bất đối có thể điều chỉnh hiệu quả thành phần của màng perovskite, nhưng sự tồn tại của mômen lưỡng cực từ không đủ mạnh để đóng vai trò vai trò và sự sắp xếp có trật tự của cấu trúc tổng thể không thể được đảm bảo.
Tuy nhiên, việc áp dụng từ trường bên ngoài có thể tăng cường và điều chỉnh hiệu ứng này một cách hiệu quả, dựa trên hiệu ứng ghép quỹ đạo quay, để có thể điều chỉnh chính xác hướng tinh thể trong màng perovskite trong khi tối ưu hóa thành phần. Kết hợp với sự hỗ trợ tính toán về mặt lý thuyết từ Ilhan Yavuz và một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Marmara, họ đã chứng minh thêm tính khả thi của chiến lược hợp tác này.
So với các chiến lược thụ động thông thường liên quan đến việc thực hiện trực tiếp các phân tử hữu cơ, phương pháp này cho thấy sự gia tăng đáng kể về năng lượng tương tác giữa các phân tử bất đối và perovskite lên nhiều lần. Sự cải tiến đáng kể này đảm bảo quy định kết tinh hiệu quả và đạt được màng perovskite đồng nhất.
Với sự hỗ trợ của Xingyu Gao và nhóm nghiên cứu từ Cơ sở bức xạ Synchrotron Thượng Hải, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ phát hiện quá trình kết tinh tại chỗ để quan sát sự cải thiện đáng kể một cách rõ ràng và toàn diện về chất lượng của màng perovskite dưới tác dụng hiệp đồng. Công trình được công bố trên tạp chí National Science Review .
Nghiên cứu này chứng minh đầy đủ tính hiệu quả của chiến lược hợp tác từ cả khía cạnh lý thuyết và thực nghiệm, giúp hạn chế đáng kể các khiếm khuyết có thể xảy ra trong thiết bị và cải thiện đáng kể hiệu suất của thiết bị quang điện.
Hơn nữa, sự ổn định của thiết bị được bảo toàn thành công. Sự tiến bộ này không chỉ giúp tăng hiệu suất của pin mặt trời mà còn đảm bảo độ tin cậy của chúng trong thời gian dài, đánh dấu một bước tiến đáng kể hướng tới một tương lai bền vững và hiệu quả hơn trong việc sử dụng năng lượng mặt trời.
