Kỷ lục hiệu suất toàn cầu được thiết lập cho pin mặt trời perovskite ba lớp lớn
Hiệu suất quang điện và độ ổn định của pin mặt trời perovskite-perovskite-silicon ba lớp. Sơ đồ cấu trúc thiết bị (a), ảnh SEM mặt cắt ngang (b) Nguồn: Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02015-x
Một nhóm nghiên cứu do Đại học Sydney dẫn đầu đã lập kỷ lục về công nghệ năng lượng mặt trời, tạo ra pin mặt trời perovskite-perovskite-silicon ba lớp lớn nhất và hiệu suất cao nhất được báo cáo.
Dẫn đầu bởi Giáo sư Anita Ho-Baillie, Chủ tịch John Hooke về Khoa học Nano tại Viện Nano và Trường Vật lý, Đại học Sydney, kết quả này cho thấy hiệu suất và độ bền cao, những bước tiến quan trọng để vượt qua các rào cản trong việc phát triển công nghệ pin mặt trời perovskite ba lớp.
Pin ba lớp 16 cm² của nhóm nghiên cứu đã đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng ổn định được chứng nhận độc lập là 23,3%, mức cao nhất được báo cáo cho một thiết bị diện tích lớn cùng loại. Ở quy mô nhỏ hơn, pin 1 cm² đạt hiệu suất 27,06% và thiết lập các tiêu chuẩn mới về độ ổn định nhiệt.
Kết quả được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology.
Lần đầu tiên trên thế giới, pin 1 cm² đã vượt qua bài kiểm tra Chu kỳ Nhiệt của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), trong đó các thiết bị được thử nghiệm với 200 chu kỳ biến động nhiệt độ cực đại từ -40 đến 85 độ. Pin này vẫn giữ được 95% hiệu suất sau hơn 400 giờ hoạt động liên tục dưới ánh sáng.
Pin mặt trời ba lớp sử dụng ba chất bán dẫn được kết nối với nhau, mỗi chất bán dẫn hấp thụ một phần khác nhau của quang phổ mặt trời để tối đa hóa việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng.
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện như thế nào
Giáo sư Ho-Baillie, cũng là thành viên của Viện Net Zero thuộc Đại học Sydney, cho biết tiến bộ mới nhất này đạt được nhờ việc tái thiết kế hóa học của vật liệu perovskite và thiết kế pin ba lớp.
"Chúng tôi đã cải thiện cả hiệu suất lẫn độ bền của các pin mặt trời này", bà nói. "Điều này không chỉ chứng minh rằng các thiết bị perovskite lớn và ổn định là khả thi mà còn cho thấy tiềm năng to lớn để tăng hiệu suất hơn nữa."
Các nhà nghiên cứu đã thay thế methylammonium kém ổn định hơn, thường được sử dụng trong các pin perovskite hiệu suất cao, bằng rubidium, tạo ra một mạng lưới perovskite ít bị khuyết tật và suy thoái hơn. Họ cũng thay thế lithium fluoride kém ổn định hơn bằng piperazinium dichloride để tạo ra một phương pháp xử lý bề mặt mới.
Để kết nối hai lớp perovskite, các nhà nghiên cứu đã sử dụng vàng ở cấp độ nano và, bằng kính hiển vi điện tử truyền qua tiên tiến, đã làm rõ rằng vàng ở cấp độ này ở dạng hạt nano, chứ không phải dạng màng liên tục như nhiều người vẫn nghĩ. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kiến thức này để chế tạo lớp phủ hạt nano vàng nhằm tối đa hóa dòng điện tích và khả năng hấp thụ ánh sáng của pin mặt trời.
Những phát triển này cho phép pin ba lớp duy trì hiệu suất cao trong thời gian dài hơn và dưới áp lực lớn.
Năng lượng mặt trời trong tương lai
Perovskite là một loại vật liệu quang điện mới nổi được đánh giá cao nhờ chi phí sản xuất thấp và khả năng thu được nhiều quang phổ mặt trời hơn khi được xếp chồng thành nhiều lớp với silicon. Tuy nhiên, cho đến nay, việc mở rộng quy mô thiết bị vượt ra ngoài phạm vi phòng thí nghiệm và đảm bảo tính ổn định của chúng trong điều kiện thực tế vẫn là những thách thức lớn.
"Đây là thiết bị perovskite ba lớp lớn nhất từng được trình diễn và đã được các phòng thí nghiệm độc lập kiểm tra và chứng nhận nghiêm ngặt", Giáo sư Ho-Baillie cho biết. "Điều này càng củng cố niềm tin rằng công nghệ này có thể được mở rộng quy mô để ứng dụng thực tế."
Nghiên cứu được thực hiện với sự hợp tác của các đối tác quốc tế từ Trung Quốc, Đức và Slovenia.
Ấn phẩm này được công nhận sau khi Giáo sư Ho-Baillie được vinh danh là người tiên phong trong nghiên cứu năng lượng mặt trời tại Giải thưởng Khoa học Eureka của Bảo tàng Úc năm 2025, nơi bà được trao Giải thưởng Eureka về Nghiên cứu Bền vững cho công trình tiên phong về công nghệ năng lượng mặt trời perovskite.
"Đây là thời điểm thú vị cho nghiên cứu năng lượng mặt trời", Giáo sư Ho-Baillie nói. "Perovskite đã cho chúng ta thấy rằng chúng ta có thể đẩy hiệu suất vượt xa giới hạn của riêng silicon. Những tiến bộ này đồng nghĩa với việc chúng ta đang tiến gần hơn đến năng lượng mặt trời rẻ hơn, bền vững hơn, góp phần cung cấp năng lượng cho một tương lai ít carbon."
Thông tin thêm: Jianghui Zheng và cộng sự, Thiết kế giao diện nano cho pin mặt trời perovskite-perovskite-silicon ba lớp, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02015-x
Thông tin tạp chí: Nature Nanotechnology
Được cung cấp bởi Đại học Sydney
