Kỹ thuật giao diện để cải thiện tính ổn định của pin mặt trời perovskite linh hoạt
Sơ đồ nguyên lý làm việc của PSC. (1) Phân ly điện tích: e…h+ (lớp perovskite) → e (ETL) + h+ (HTL). (2) Khuếch tán điện tích: vận chuyển chất mang tự do. (3) Vận chuyển điện tích: h+ (lớp perovskite) → h+ (HTL), e− (lớp perovskite) → e− (Zn2SnO4). (4) Tái tổ hợp sóng mang tự do ở bên trong perovskite. (5) Sự tái hợp của các trạng thái khiếm khuyết ở mức độ sâu. (6) Tái tổ hợp các trạng thái bề mặt nông. Nguồn: Energy Material Advances (2022). DOI: 10.34133/energymatadv.0002
Pin mặt trời perovskite linh hoạt với trọng lượng thấp, tính linh hoạt cao và tính phù hợp đã thu hút sự chú ý đối với các sản phẩm điện tử cầm tay. Giao diện này rất quan trọng trong pin mặt trời perovskite cho cả hiệu suất quang điện và độ ổn định hoạt động. Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Bắc Kinh đã tóm tắt các cơ chế suy thoái và xem xét kỹ thuật giao diện với sự nhấn mạnh vào tác dụng của chúng trong pin mặt trời perovskite linh hoạt. Trên cơ sở nghiên cứu gần đây, tiến bộ trong các thiết bị linh hoạt, những thách thức hiện tại, các hướng khả thi và quan điểm sẽ được thảo luận trong bài báo của họ được xuất bản vào ngày 21 tháng 12 trên tạp chí Energy Material Advances.
"Đối với màng perovskite, có một số yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định nội tại của vật liệu", tác giả bài báo Qi Chen, giáo sư từ Phòng thí nghiệm trọng điểm về xây dựng Vật liệu chức năng tiên tiến có thể tùy chỉnh và ứng dụng xanh, Phòng thí nghiệm trọng điểm MIIT về cấu trúc và thiết bị lượng tử chiều thấp của MIIT, cho biết. Trung tâm Thực nghiệm Vật liệu Tiên tiến, Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Viện Công nghệ Bắc Kinh. "Ứng suất sẽ tích tụ khi nhiệt độ thay đổi do hệ số giãn nở nhiệt và mạng không khớp. Nó dẫn đến sự tách lớp hoặc tăng tốc độ phân hủy. Cả hơi nước và oxy có thể có phản ứng không thể đảo ngược với tinh thể perovskite. Sự chiếu sáng làm cho liên kết yếu trong perovskite hoặc lân cận các lớp để phá vỡ."
Chen giải thích rằng bên cạnh các yếu tố ổn định trên của thiết bị cứng nhắc, tính ổn định của f-PSC bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khác. Cơ chế xuống cấp của các thiết bị linh hoạt nên được khám phá và tóm tắt chi tiết hơn.
Chen cho biết: “Việc sửa đổi giao diện có thể thụ động hóa các khuyết tật, cải thiện độ bám dính giữa các bề mặt, ngăn chặn sự di chuyển của ion, tối ưu hóa cấu trúc dải và điều chỉnh ứng suất dư”. "Dựa trên tiến độ nghiên cứu mới nhất, chúng tôi tóm tắt ứng dụng sửa đổi giao diện trong pin mặt trời perovskite linh hoạt."
Đối với lớp vận chuyển lỗ trống và lớp vận chuyển điện tử, việc sửa đổi giao diện có thể tăng khả năng chặn nước và oxy của lớp vận chuyển, đồng thời giảm khả năng tái hợp của giao diện bằng cách kiểm soát các tinh thể nano SnO2, đây là chìa khóa để nâng cao hiệu suất của thiết bị.
Đối với lớp hoạt động, hình thái thô của chất nền linh hoạt ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của màng perovskite và các khiếm khuyết ở mức năng lượng sâu bên trong và trên bề mặt dẫn đến sự tái hợp không bức xạ giữa các bề mặt tăng lên.
Việc sửa đổi giao diện không chỉ cải thiện chất lượng của màng perovskite mà còn cải thiện độ bám dính giữa các bề mặt và tính linh hoạt của màng, do đó cải thiện hiệu suất của tế bào.
Ngoài ra, độ bền, độ dẫn điện và độ trong suốt của các điện cực linh hoạt có thể được cải thiện bằng kỹ thuật giao diện.
Chen cho biết: “Để cải thiện hơn nữa hiệu quả và tính ổn định của f-PSC, sự tương tác phức tạp giữa các giao diện khác nhau đó cần được nghiên cứu chi tiết. "Kỹ thuật giao diện đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất quang điện tử của f-PSC. Chúng tôi nghiên cứu một cách có hệ thống ảnh hưởng của chất nền linh hoạt đối với việc khai thác điện tích, vận chuyển điện tích và tái hợp điện tích trong f-PSC. Hiểu sâu hơn về động lực học điện tích giao thoa có lợi cho tìm ra cơ chế xuống cấp của f-PSC."
"Mặc dù đã có những tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây, f-PSC phải đạt được sản xuất quy mô lớn và hoạt động thương mại. Do đó, kỹ thuật giao diện vẫn là cách chính để giải quyết các vấn đề cản trở chức năng và hoạt động của f-PSC", Chen nói.
"Đầu tiên, sự hiểu biết thấu đáo về các đặc điểm giao thoa và động lực học của hạt tải điện liên quan là điều cần thiết cho quá trình công nghiệp hóa f-PSC trong tương lai. Để đáp ứng các yêu cầu chế tạo thiết bị diện tích lớn, vật liệu hấp thụ ánh sáng tích cực cải tiến và CTL có thể Sau khi giảm tổn thất năng lượng quang điện và khắc phục các vấn đề không ổn định, công nghiệp hóa f-PSC có thể được thúc đẩy.
"Thứ hai, kỹ thuật giao diện cũng cực kỳ quan trọng đối với các ô song song linh hoạt. Nếu các ô con được kết nối theo chuỗi, thì các lớp liên kết phải có khả năng vận chuyển điện tích vượt trội để hoạt động như các lớp tái hợp. Ngoài ra, lớp trên phải đảm bảo khả năng hấp thụ ánh sáng thỏa đáng bởi ô sau. Chỉ bằng cách kiểm soát tinh tế thuộc tính giao diện, các ô song song đó mới đủ dày về mặt quang học và đủ mỏng về mặt điện học. Công chúng nhận thức được tiềm năng thực sự của các thiết bị quang điện perovskite linh hoạt."
