Khám phá cấu trúc bên trong của perovskite: Hình ảnh 3D hé lộ cách xử lý thụ động giúp tăng hiệu quả pin mặt trời
Bởi Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Bản đồ ba chiều về hành vi điện trong màng perovskite. Nguồn: Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.
Pin mặt trời perovskite đã thu hút sự chú ý rộng rãi như một giải pháp thay thế chi phí thấp, hiệu quả cao cho pin quang điện silicon truyền thống. Tuy nhiên, các khuyết tật trong màng perovskite cản trở sự vận chuyển điện tích, dẫn đến mất năng lượng và ảnh hưởng đến độ ổn định hoạt động.
Các phương pháp xử lý thụ động và những thách thức của chúng
Một giải pháp cho vấn đề này là "xử lý thụ động" - một quá trình thêm các hóa chất như muối đơn giản hoặc các phân tử hữu cơ vào màng. Các phân tử nhỏ hoặc ion này bám vào các khuyết tật trong vật liệu perovskite, ngăn chặn các khuyết tật gây cản trở dòng điện. Thật không may, việc xác minh hiệu quả bên trong của các phương pháp xử lý thụ động khác nhau vẫn còn nhiều thách thức vì hầu hết các kỹ thuật đặc trưng chỉ thăm dò bề mặt hoặc cung cấp thông tin vĩ mô trung bình.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba (NIMTE) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đã đạt được một bước đột phá quan trọng bằng cách phát triển kỹ thuật hình ảnh điện ba chiều (3D) giúp trực tiếp làm rõ cách thức hoạt động của các phương pháp xử lý khử khuyết tật trong màng perovskite. Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Newton vào ngày 31 tháng 12.
Giải thích về kỹ thuật hình ảnh 3D mới:
Kỹ thuật này sử dụng kính hiển vi lực nguyên tử dẫn điện chụp cắt lớp (TC-AFM) để hình dung sự phân bố dòng điện trên khắp màng perovskite bằng cách lần lượt bóc tách các lớp siêu mỏng của màng trong khi đo độ dẫn điện cục bộ ở các độ sâu khác nhau. Bằng cách chồng chất các phép đo này, một bản đồ 3D về sự vận chuyển điện tích bên trong màng có thể được tái tạo với độ phân giải nano.
Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã mô tả đặc điểm hành vi điện bên trong của màng perovskite được xử lý bằng các chiến lược khử khuyết tật khác nhau. Các màng không được xử lý cho thấy các vùng dẫn điện thấp rộng lớn cản trở sự vận chuyển điện tích, trong khi việc khử khuyết tật toàn bộ làm giảm đáng kể các vùng điện trở này bên trong màng, đặc biệt là dọc theo ranh giới hạt.
Kết quả nghiên cứu và ý nghĩa đối với pin mặt trời
Ngược lại, quá trình thụ động hóa bề mặt chủ yếu tăng cường độ dẫn điện gần giao diện trên cùng—một yếu tố quan trọng cho việc tích hợp thiết bị. Quan trọng hơn, họ phát hiện ra rằng các màng được xử lý bằng cả thụ động hóa khối và bề mặt cho thấy các đường dẫn điện đồng nhất và liên tục nhất, với các vùng dẫn điện thấp còn lại chủ yếu giới hạn ở bề mặt.
"Những đặc tính điện vi mô này có mối tương quan chặt chẽ với hiệu suất pin mặt trời thu được, thiết lập mối liên hệ trực tiếp giữa sự vận chuyển điện tích 3D trong màng và hiệu suất tổng thể của thiết bị," Giáo sư Xiao Chuanxiao, tác giả chính của nghiên cứu, nhận xét.
Bằng cách cung cấp cái nhìn trực tiếp, 3D về sự di chuyển của các hạt tải điện qua màng perovskite, công trình này cung cấp một công cụ mạnh mẽ để đánh giá và tối ưu hóa các chiến lược thụ động hóa. Phương pháp này mở đường cho việc thiết kế hợp lý các vật liệu perovskite chất lượng cao hơn, cho phép tạo ra các pin mặt trời perovskite hiệu quả và ổn định hơn, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của nhiều thiết bị điện tử và quang điện tử màng mỏng.
Thông tin thêm: Minghui Li và cộng sự, Lập bản đồ ba chiều về hành vi điện trong màng perovskite bằng kính hiển vi lực nguyên tử dẫn điện chụp cắt lớp, Newton (2025). DOI: 10.1016/j.newton.2025.100367
