Cải thiện độ ổn định hoạt động của pin mặt trời perovskite

Cải thiện độ ổn định hoạt động của pin mặt trời perovskite

    Cải thiện độ ổn định hoạt động của pin mặt trời perovskite
    của Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

    solar cells
    Ảnh: Unsplash/CC0 


    Perovskite lai là vật liệu được làm từ khung halogen kim loại xen kẽ với các cation hữu cơ. Chúng đã thu hút rất nhiều sự quan tâm trong lĩnh vực năng lượng mặt trời vì khả năng thu ánh sáng kết hợp với chi phí sản xuất thấp, khiến pin mặt trời perovskite (PSC) trở thành ứng cử viên hàng đầu để thay thế các thiết bị dựa trên silicon hiện tại. Perovskites cũng cho thấy tiềm năng to lớn trong một loạt ứng dụng bao gồm đèn LED, laser và bộ tách sóng quang.

    Một trong những trở ngại trên con đường thương mại hóa pin mặt trời perovskite là tính ổn định hoạt động của chúng, khiến chúng gặp bất lợi so với các công nghệ quang điện đã có trên thị trường. Đây đặc biệt là một vấn đề với perovskite hỗn hợp halogenua, là vật liệu lý tưởng cho pin mặt trời song song và đèn LED có thể điều chỉnh phát xạ vì chúng kết hợp tính linh hoạt cao về thành phần với hiệu suất quang điện tử.

    Perovskite hỗn hợp halogenua cũng có các vùng cấm rộng, một đặc tính ảnh hưởng đến năng lượng cần thiết cho vật liệu quang điện để tạo ra điện. Nhưng trong hầu hết các perovskite chứa halogenua hỗn hợp, ánh sáng có thể gây ra hiện tượng gọi là sự phân tách pha halogenua, trong đó các thành phần "khử trộn" thành các vùng có hàm lượng halogenua khác nhau. Sự phân tách này có thể dẫn đến các vấn đề hiệu quả đáng kể trong suốt tuổi thọ hoạt động của pin mặt trời. Do đó, việc giải quyết vấn đề này là rất quan trọng đối với sự thành công của công nghệ perovskite, đặc biệt là đối với pin năng lượng mặt trời có cái gọi là cấu hình song song, trong đó perovskite hỗn hợp halogen, dải rộng thường được sử dụng kết hợp với perovskite có dải tần thấp thứ hai hoặc một tế bào silicon.

    Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Trường Khoa học Cơ bản của EPFL hiện đã phát triển một phương pháp giúp cải thiện cả hiệu quả chuyển đổi năng lượng và độ ổn định của pin mặt trời dựa trên i-ốt tinh khiết cũng như perovskite hỗn hợp halogen, đồng thời triệt tiêu sự phân tách pha halogenua trong loại pin sau. Bài báo được xuất bản trên Joule và nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm Giáo sư Michael Grätzel và Ursula Rothlisberger tại EPFL và do Tiến sĩ Essa A. Alharbi và Tiến sĩ Lukas Pfeifer đứng đầu.

    Phương pháp này xử lý các PSC bằng hai bộ điều chế alkylammonium halide hoạt động đồng thời để cải thiện hiệu suất của pin mặt trời. Các bộ điều biến đã được sử dụng làm chất thụ động, các hợp chất được sử dụng để giảm thiểu các khuyết tật trong perovskite, nếu không sẽ thúc đẩy các con đường thoái hóa đã nói ở trên.

    Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã có thể sử dụng hai bộ biến điệu để ngừng phân tách halogenua và do đó giảm đáng kể sự sụt giảm về hiệu suất chuyển đổi điện năng được thấy khi sử dụng PSC lâu dài.

    Phương pháp mới mang lại hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 24,9% cho một chế phẩm perovskite (α-FAPbI3) và 21,2% cho chế phẩm còn lại (FA65MA35Pb(I65Br35)3). Khoảng 90% và 80% hiệu quả ban đầu được giữ lại sau 1200 và 250 giờ hoạt động liên tục, tương ứng. Các tác giả viết, "Bằng cách giải quyết vấn đề quan trọng về tính ổn định, kết quả của chúng tôi thể hiện một bước quan trọng đối với các ứng dụng thực tế quy mô lớn của PSC."

    Zalo
    Hotline