Chiến lược cải thiện chất hấp thụ perovskite cho pin mặt trời song song all-perovskite
Hình tóm tắt cách thức hoạt động của quy trình ủ thông thường, ủ dung môi và quy trình CSA. Ảnh: Wang et al.
Tế bào năng lượng mặt trời song song (TSC), các khối tiếp giáp p-n dựa trên chất bán dẫn với các dải tần khác nhau, là một giải pháp năng lượng có triển vọng cao có thể giúp giảm lượng khí thải carbon. Perovskites, vật liệu có nhiều trong đất với băng thông có thể điều chỉnh được, khả năng mang điện tích cao, đặc tính quang điện tử có lợi và độ dài khuếch tán sóng mang dài, có thể đặc biệt có giá trị để tạo ra TSC chi phí thấp và tiết kiệm điện năng cao cho việc triển khai quy mô lớn.
Để chế tạo tất cả các TSC perovskite hiệu quả, các kỹ sư cần có khả năng phát triển các chất hấp thụ perovskite đồng nhất và chất lượng cao thông qua các quá trình kết tinh. Chất hấp thụ là các lớp bán dẫn bên trong pin mặt trời hấp thụ các photon (tức là các hạt ánh sáng) và kích thích các electron để tạo ra dòng quang từ ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn còn thiếu một quy trình phổ biến và hiệu quả để chuẩn bị chất hấp thụ perovskite cho TSC.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Soochow và Đại học Tứ Xuyên gần đây đã nghĩ ra một chiến lược mới để tạo ra chất hấp thụ perovskite chất lượng cao với các hạt ở quy mô micromet và kéo dài thời gian tồn tại của hạt mang. Chiến lược này, được giới thiệu trong một bài báo xuất bản trên Nature Energy, dựa trên quy trình ủ trong không gian gần (CSA), một kỹ thuật dựa trên nhiệt có thể được sử dụng để thay đổi tính chất hóa học của vật liệu.
"Sự kết tinh có thể kiểm soát được đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các perovskite chất lượng cao", Changlei Wang và các đồng nghiệp của ông đã viết trong bài báo của họ. "Ở đây, chúng tôi báo cáo một chiến lược CSA phổ quát giúp tăng kích thước hạt, nâng cao độ tinh thể và kéo dài tuổi thọ của hạt mang trong các màng perovskite băng tần thấp (low-Eg) và băng thông rộng (wide-Eg)."
Đáng chú ý, chiến lược CSA do Wang và các đồng nghiệp của ông nghĩ ra là phổ biến, vì nó có thể được áp dụng cho các perovskite với nhiều dải băng tần khác nhau để tạo ra chất hấp thụ chất lượng cao với hạt to và tuổi thọ hạt tải cao hơn. Là một phần của nghiên cứu gần đây của họ, nhóm đã chứng minh khả năng tổng quát hóa của nó bằng cách sử dụng thành công nó để điều chế chất hấp thụ dựa trên perovskite với các thành phần hóa học khác nhau.
Về cơ bản, chiến lược mới được trình bày đòi hỏi sự phát triển của perovskite thông qua quy trình CSA, đồng thời quản lý sự hiện diện của dung môi còn sót lại bên trong perovskite pha trung gian (tức là dạng của perovskite trước khi các bước ủ cuối cùng diễn ra). Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng điều này thúc đẩy sự phát triển của các loại ngũ cốc, kết hợp các tinh thể lân cận khi dung môi từ từ được giải phóng khỏi perovskites.
"Bằng cách đặt các màng perovskite pha trung gian với mặt của chúng hướng tới các lớp phủ có thể thấm dung môi trong quá trình ủ, các lớp hấp thụ perovskite chất lượng cao thu được nhờ quá trình giải phóng dung môi chậm lại, cho phép chế tạo pin mặt trời perovskite một chỗ tiếp giáp hiệu quả (PVSC) và các tế bào năng lượng mặt trời song song all-perovskite, ”Wang và các đồng nghiệp của ông giải thích trong bài báo của họ.
Trong các đánh giá ban đầu, chiến lược CSA do các nhà nghiên cứu đưa ra đã cho phép tạo ra các chất hấp thụ perovskite có hiệu suất cao với cả dải băng tần rộng và thấp. Những chất hấp thụ này sau đó được sử dụng để chế tạo các TSC all-perovskite 4-T và 2-T thể hiện hiệu suất chuyển đổi điện năng đáng kể.
"Đã đạt được các PCE tốt nhất là 21,51% và 18,58% cho các pin mặt trời chung perovskite song song một đầu nối và do đó đảm bảo chế tạo các pin mặt trời song song tất cả perovskite hiệu suất 25,15% và hiệu suất 25,05%. "Wang và các đồng nghiệp của mình đã viết trong bài báo của họ.
Trong tương lai, chiến lược CSA do nhóm các nhà nghiên cứu này đưa ra có thể được sử dụng để tạo ra chất hấp thụ tốt hơn cho các TSC hiệu quả và chi phí thấp chỉ dựa trên perovskites. Điều này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai quy mô lớn các giải pháp năng lượng có triển vọng cao này. Trong khi đó, nghiên cứu của họ cũng có thể truyền cảm hứng cho các nhóm nghiên cứu khác trên toàn thế giới đưa ra các chiến lược chế tạo tương tự để sản xuất chất hấp thụ perovskite hiệu suất cao.
