Độ ổn định của pin mặt trời perovskite đạt cột mốc tiếp theo

Độ ổn định của pin mặt trời perovskite đạt cột mốc tiếp theo

    Độ ổn định của pin mặt trời perovskite đạt cột mốc tiếp theo

    Stability of perovskite solar cells reaches next milestone

    Trong lớp perovskite kiểm soát (trái), các vi tinh thể không được sắp xếp hoàn hảo và các khoảng trống có thể hình thành. Trong biến thể mới (bên phải), polyme lưỡng cực làm đệm cho các tinh thể nhỏ và do đó làm giảm ứng suất cơ nhiệt. Ảnh: G. Li/HZB


    Chất bán dẫn perovskite hứa hẹn pin mặt trời hiệu quả cao và chi phí thấp. Tuy nhiên, vật liệu bán hữu cơ rất nhạy cảm với chênh lệch nhiệt độ, có thể nhanh chóng dẫn đến hư hỏng do mỏi khi sử dụng ngoài trời thông thường. Việc thêm một hợp chất polyme lưỡng cực vào dung dịch tiền chất perovskite giúp chống lại điều này.

    Điều này hiện đã được chứng minh trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Science của một nhóm quốc tế do Antonio Abate, HZB đứng đầu. Pin mặt trời được sản xuất theo cách này đạt hiệu suất trên 24 %, hiệu suất này hầu như không giảm khi nhiệt độ dao động nhanh từ -60 đến +80 độ C trong hơn một trăm chu kỳ. Điều đó tương ứng với khoảng một năm sử dụng ngoài trời.

    Lớp vật liệu perovskite halogenua được coi là niềm hy vọng lớn cho nhiều năng lượng mặt trời hơn nữa với chi phí thấp hơn. Vật liệu này rất rẻ, có thể được xử lý thành màng mỏng với năng lượng đầu vào tối thiểu và đạt hiệu suất cao hơn đáng kể so với hiệu suất của pin mặt trời silicon thông thường.

    Mục tiêu: 20 năm ổn định ngoài trời
    Tuy nhiên, các mô-đun năng lượng mặt trời được kỳ vọng sẽ cung cấp đầu ra ổn định trong ít nhất 20 năm ở điều kiện ngoài trời khi chịu sự dao động nhiệt độ lớn. Silicon PV quản lý điều này một cách dễ dàng, trong khi perovskite bán hữu cơ giảm hiệu suất khá nhanh.

    "Ánh sáng mặt trời có thể làm nóng bên trong tế bào PV đến 80 độ C; trong bóng tối, tế bào sau đó nguội đi ngay lập tức bằng nhiệt độ bên ngoài. Điều này gây ra ứng suất cơ học lớn trong lớp vi tinh thể perovskite mỏng, tạo ra các khuyết tật và thậm chí là chuyển pha cục bộ , do đó màng mỏng mất chất lượng," Giáo sư Antonio Abate, người đứng đầu một nhóm lớn tại HZB, giải thích.

    Cùng với nhóm của mình và một số đối tác quốc tế, anh ấy đã nghiên cứu một biến thể hóa học giúp cải thiện đáng kể tính ổn định của màng mỏng perovskite trong các kiến trúc pin mặt trời khác nhau, trong đó có kiến trúc p-i-n, thường kém hiệu quả hơn một chút so với kiến trúc thông thường sử dụng kiến trúc n-i-p.


    Dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM), có thể nhìn thấy các khoảng trống rõ ràng ở ranh giới hạt của màng perovskite đối chứng (trái). Những khiếm khuyết này có thể dẫn đến tổn thất và giảm hiệu quả. Với b-pV2F (phải), khoảng trống giảm đi. Tín dụng: G. Li/HZB
    Một 'lớp vỏ mềm' chống lại căng thẳng
    "Chúng tôi đã tối ưu hóa cấu trúc thiết bị và các tham số quy trình, dựa trên các kết quả trước đó và cuối cùng có thể đạt được sự cải thiện quyết định với b-poly(1,1-difluoroethylene) hoặc gọi tắt là b-pV2F," Guixiang Li, người đang làm bằng tiến sĩ cho biết. .D. được giám sát bởi Giáo sư Abate. Các phân tử b-pV2F giống như một chuỗi ngoằn ngoèo xen kẽ bởi các lưỡng cực.

    Abate giải thích: “Polyme này dường như bao quanh các vi tinh thể perovskite riêng lẻ trong màng mỏng giống như một lớp vỏ mềm, tạo ra một loại đệm chống lại ứng suất cơ nhiệt”.

    Ghi lại hiệu suất cho cấu trúc p-i-n: 24,6%
    Trên thực tế, hình ảnh kính hiển vi điện tử quét cho thấy rằng trong các tế bào có b-pV2F, các hạt nhỏ xíu nép sát vào nhau hơn một chút. Abate cho biết: “Ngoài ra, chuỗi lưỡng cực của b-pV2F cải thiện việc vận chuyển các hạt mang điện và do đó làm tăng hiệu quả của tế bào. Thật vậy, họ đã tạo ra các tế bào ở quy mô phòng thí nghiệm với hiệu suất lên tới 24,6%, đây là một kỷ lục đối với kiến trúc p-i-n.

    Các tế bào năng lượng mặt trời mới được sản xuất đã trải qua hơn một trăm chu kỳ từ +80 độ C đến -60 độ C và 1000 giờ chiếu sáng tương đương với 1 mặt trời liên tục. Điều đó tương ứng với khoảng một năm sử dụng ngoài trời.

    Abate nhấn mạnh: “Ngay cả dưới những áp lực cực độ này, cuối cùng họ vẫn đạt được hiệu quả 96%. Điều đó đã ở đúng thứ tự cường độ. Nếu bây giờ việc giảm tổn thất thêm một chút là khả thi, thì các mô-đun năng lượng mặt trời perovskite vẫn có thể sản xuất hầu hết sản lượng ban đầu sau 20 năm—mục tiêu này hiện đang trong tầm tay.

    Zalo
    Hotline