Đổi mới dung môi xanh: Kỹ thuật phủ màng sơn tốc độ cao giúp tăng hiệu suất của pin mặt trời hữu cơ
bởi Đại học Central South
Kỹ thuật phủ màng sơn tốc độ cao cho pin mặt trời hữu cơ hiệu quả. Sơ đồ này minh họa các vật liệu được sử dụng trong quy trình phủ màng sơn tốc độ cao cho pin mặt trời hữu cơ (OSC). Các dung môi không halogen là o-xylene (o-XY) và toluene (Tol) được sử dụng ở nồng độ dung dịch thấp, cho phép chế tạo các OSC hiệu suất cao. Cấu trúc thu được bao gồm các lớp Ag, PDINN, PM6-L8-BO, PEDOT:PSS, ITO và thủy tinh, tạo ra pin mặt trời có khả năng mở rộng và bền vững với môi trường với hiệu suất được cải thiện. Nguồn: Tạp chí Đại học Central South
Trong một tiến bộ gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật phủ màng sơn tốc độ cao giúp tăng hiệu suất của pin mặt trời hữu cơ (OSC) trong khi sử dụng các dung môi thân thiện với môi trường, không halogen.
Phương pháp cải tiến này không chỉ giải quyết các thách thức về môi trường và khả năng mở rộng của các dung môi truyền thống, chẳng hạn như clorofom, mà còn đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) ấn tượng là 18,20% và 17,36% với các dung môi xanh như o-xylene và toluene. Với hiệu suất mô-đun là 16,07%, bước đột phá này mở đường cho việc sản xuất OSC quy mô lớn, bền vững hơn.
Pin mặt trời hữu cơ (OSC) được ca ngợi vì thiết kế nhẹ, linh hoạt và tiềm năng sản xuất theo cuộn với chi phí thấp. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi các dung môi halogen hóa, bao gồm cả clorofom, đã gây ra mối lo ngại do các mối nguy hại đối với môi trường và sức khỏe của chúng.
Các dung môi này cũng hạn chế khả năng mở rộng vì chúng đòi hỏi nồng độ cao và cửa sổ xử lý hẹp, làm phức tạp quá trình sản xuất quy mô lớn. Mặc dù các dung môi xanh không halogen hóa được coi là giải pháp thay thế an toàn hơn, nhưng độ hòa tan thấp hơn và hình thái màng không tối ưu của chúng trong lịch sử đã cản trở hiệu suất của thiết bị. Điều này đã tạo ra nhu cầu đáng kể về các phương pháp chế tạo mới có thể tối ưu hóa dung môi xanh mà không làm giảm hiệu quả.
Được công bố trên Tạp chí của Đại học Central South, một nhóm nghiên cứu đã giới thiệu phương pháp phủ màng tốc độ cao khắc phục được những thách thức này. Kỹ thuật này làm giảm nồng độ dung dịch cần thiết cho OSC, cho phép sử dụng các dung môi thân thiện với môi trường như o-xylene và toluene mà không làm giảm hiệu quả. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh hiệu suất mô-đun đáng chú ý là 16,07% khi sử dụng o-xylene, cho thấy tiềm năng sản xuất OSC xanh hơn, có thể mở rộng quy mô.
Bằng cách sử dụng kỹ thuật phủ màng tốc độ cao ở mức 70 mm/giây, các nhà nghiên cứu đã giảm nồng độ dung dịch xuống chỉ còn 8,8 mg/mL—thấp hơn đáng kể so với mức 15,4 mg/mL cần thiết cho các phương pháp tráng phủ quay truyền thống. Điều này cho phép sử dụng các dung môi không halogen, bền vững hơn với môi trường.
Kết quả thật ấn tượng, với các thiết bị được xử lý bằng o-xylene đạt PCE là 18,20%, vượt qua hiệu suất 17,36% của các thiết bị được xử lý bằng toluene. Thời gian chuyển đổi từ lỏng sang rắn dài hơn là 6 giây với o-xylene, so với chỉ 1,7 giây với toluene, đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ kết tinh của màng, giảm khuyết tật và tăng cường tính di động của chất mang.
Phân tích hình thái xác nhận rằng màng được xử lý bằng o-xylene thể hiện sự đóng gói phân tử và độ kết tinh vượt trội, góp phần nâng cao hiệu suất hơn nữa. Ngoài ra, khả năng mở rộng quy mô của kỹ thuật đã được chứng minh với việc đạt được hiệu suất mô-đun là 16,07%.
Tiến sĩ Jun-liang Yang, tác giả liên hệ của nghiên cứu, đã nhấn mạnh tầm quan trọng của những phát hiện của nhóm. "Nghiên cứu này đại diện cho một bước tiến đáng kể trong lĩnh vực quang điện hữu cơ", ông cho biết. "Bằng cách phát triển kỹ thuật phủ màng tốc độ cao hoạt động với dung môi không halogen, chúng tôi không chỉ cải thiện hiệu quả của pin mặt trời hữu cơ mà còn làm cho chúng bền vững hơn với môi trường và có thể mở rộng quy mô cho các ứng dụng công nghiệp".
Việc phát triển kỹ thuật phủ màng tốc độ cao này mang đến giải pháp đầy hứa hẹn cho sản xuất hàng loạt pin mặt trời hữu cơ bằng dung môi xanh, giải quyết cả các mối quan ngại về môi trường và thách thức về khả năng mở rộng quy mô. Sáng kiến này có khả năng giảm đáng kể lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất pin mặt trời trong khi vẫn duy trì hiệu suất cao.
Với hiệu suất mô-đun vượt quá 16% khi sử dụng dung môi không halogen, công nghệ này hứa hẹn rất nhiều cho nhiều ứng dụng thương mại, bao gồm tấm pin mặt trời nhẹ, linh hoạt cho thiết bị điện tử cầm tay, quang điện tích hợp trong tòa nhà và các trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn. Nghiên cứu này làm nổi bật vai trò của dung môi xanh trong việc thúc đẩy các công nghệ năng lượng tái tạo và thúc đẩy tương lai năng lượng bền vững hơn.
