Giải Mã Bí Ẩn: Các Nhà Khoa Học Phát Hiện Lý Do Vì Sao Pin Mặt Trời Perovskite “Chảy”

Giải Mã Bí Ẩn: Các Nhà Khoa Học Phát Hiện Lý Do Vì Sao Pin Mặt Trời Perovskite “Chảy”
Ngày 5/11/2025 – Đại học Colorado Boulder

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Colorado Boulder và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ (NREL) đã phát hiện ra một điểm yếu tiềm ẩn trong pin mặt trời perovskite, có thể giải thích vì sao những vật liệu đầy hứa hẹn này thất bại khi chịu tác động. Bằng cách quan sát những gì xảy ra sâu bên trong các tế bào khi bị hỏng, họ đã tiết lộ manh mối giúp cải thiện thiết kế công nghệ năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo.

Hiểu cơ chế hỏng hóc

Một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Mike McGehee tại Đại học Colorado Boulder đã công bố kết quả trong tạp chí Joule. Nhóm đã so sánh pin perovskite với chuỗi ống dẫn nước vườn: khi một đoạn ống bị gấp khúc, nước bị tắc và áp lực tăng lên cho đến khi điểm yếu vỡ. Tương tự, khi một tế bào trong tấm pin bị che bóng, nó chịu dòng điện ngược (reverse bias) từ các tế bào khác, dẫn đến quá nhiệt, xuống cấp và hỏng hoàn toàn.

Trong khi các pin silicon truyền thống đã được trang bị diode bypass để chuyển dòng điện xung quanh các điểm bị che bóng, giải pháp này không hiệu quả với pin perovskite vì vật liệu thường “quá yếu”.

Vai trò của các khuyết điểm

Lớp perovskite được tạo ra bằng phương pháp xử lý dung dịch – tương tự như đổ bột làm bánh lên chảo nóng. Quá trình này dễ tạo ra khuyết điểm và lỗ nhỏ (pinholes) trong lớp phim, đặc biệt do dung dịch tiền chất có độ nhớt thấp.

Để hiểu tác động của các khuyết điểm khi pin chịu dòng điện ngược, nhóm nghiên cứu sử dụng bốn kỹ thuật chính:

1. Chụp ảnh phát quang điện (Electroluminescence – EL)

2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)

3. Kính hiển vi laser quét (LSCM)

4. Nhiệt đồ video (Video Thermography)

Họ so sánh hình ảnh trước, trong và sau khi pin bị reverse bias. Các “điểm yếu” trong lớp perovskite được xác định là nguồn gốc của sự hỏng hóc.

Quan sát sự hỏng hóc trực tiếp

Sử dụng các thiết bị nhỏ (~0,032 mm²), nhóm nghiên cứu có thể tạo các mẫu không khuyết điểm. Họ phát hiện rằng các lỗ nhỏ và vùng mỏng trong lớp perovskite là nơi dòng điện ngược gây quá nhiệt, làm vật liệu chảy và ngắn mạch giữa hai lớp tiếp xúc. Ngược lại, pin không có khuyết điểm cho thấy ổn định đáng kể, chịu được nhiều giờ dòng ngược mà không hỏng.

Ý nghĩa cho tương lai

Hiểu chi tiết này giúp các nhà khoa học phát triển pin perovskite bền vững hơn:

• Ưu tiên tạo lớp phim không lỗ pin

• Sử dụng lớp tiếp xúc chắc chắn hơn để ngăn hỏng nhiệt đột ngột

Công trình này là bước quan trọng trong quá trình thương mại hóa pin perovskite, cho thấy rằng các phương pháp khoa học tỉ mỉ và chi tiết là cần thiết để giải quyết các vấn đề phức tạp. Với hiểu biết này, các thiết bị thế hệ mới có thể được thiết kế để hoạt động lâu dài, giúp vật liệu perovskite phát huy tiềm năng thực sự.

Tham khảo: “How non-ohmic contact-layer diodes in perovskite pinholes affect abrupt low-voltage reverse-bias breakdown and destruction of solar cells” – Samuel Johnson et al., Joule, 25/08/2025. DOI: 10.1016/j.joule.2025.102102