Lấy cảm hứng từ vật liệu nhiều lớp: Cấu trúc vi mô 'ba lớp' mang lại hiệu suất mạnh mẽ cho pin mặt trời perovskite
của Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông
Sơ đồ phương pháp tổng hợp giao diện perovskite có cấu trúc nhiều lớp và cấu trúc của nó được tiết lộ qua kính hiển vi điện tử truyền qua. Nguồn: HKUST
Một nhóm nghiên cứu hợp tác từ Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông (HKUST) và Đại học Bách khoa Hồng Kông (PolyU) đã phát triển một cấu trúc vi mô giao diện nhiều lớp cải tiến giúp tăng cường độ ổn định và hiệu suất chuyển đổi quang điện của pin mặt trời perovskite đảo ngược. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Synthesis.
Pin mặt trời perovskite có tiềm năng đáng kể để thay thế pin mặt trời silicon truyền thống trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm điện lưới, nguồn điện di động và quang điện vũ trụ. Điều này là do những ưu điểm độc đáo của chúng, chẳng hạn như hiệu suất cao, chi phí thấp và tính thẩm mỹ.
Cấu trúc cơ bản của pin mặt trời perovskite được phân thành hai loại: tiêu chuẩn và đảo ngược. Cấu trúc đảo ngược cho thấy triển vọng ứng dụng tốt hơn vì vật liệu điện tử được sử dụng trong mỗi lớp ổn định hơn so với vật liệu trong cấu hình tiêu chuẩn.
Tuy nhiên, vẫn tồn tại những thách thức liên quan đến khoa học giao diện trong các thiết bị đảo ngược, đặc biệt là liên quan đến sự tích tụ khuyết tật tại giao diện giữa lớp vận chuyển điện tử dựa trên fullerene và bề mặt perovskite. Sự tích tụ khuyết tật này ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và độ ổn định của thiết bị.
Giáo sư Zhou Yuanyuan, Phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học (CBE) và Phó giám đốc Viện Năng lượng tại HKUST, lãnh đạo một nhóm tập trung vào nghiên cứu cơ bản về các thiết bị quang điện tử perovskite theo góc nhìn cấu trúc độc đáo. Họ đã hợp tác chặt chẽ với nhóm của Giáo sư Cai Songhua từ Khoa Vật lý Ứng dụng tại PolyU.
Nghiên cứu của họ cho thấy rằng bằng cách tạo ra đồng đều "lớp thụ động phân tử-lớp dẫn xuất fullerene-lớp perovskite 2D"—một cấu trúc nhiều lớp "ba lớp" trên bề mặt của màng perovskite—họ có thể giảm hiệu quả mật độ khuyết tật giao diện và cải thiện sự liên kết mức năng lượng. Tiến bộ này thúc đẩy đáng kể hiệu suất chuyển đổi quang điện của pin mặt trời perovskite và tăng cường độ bền của giao diện trong điều kiện ẩm ướt, nhiệt độ cao và hấp thụ ánh sáng.
Giáo sư Zhou Yuanyuan (bên trái) đang hướng dẫn Tiến sĩ Guo Pengfei (bên phải) phân tích kết quả thử nghiệm độ ổn định của pin mặt trời perovskite dựa trên giao diện có cấu trúc nhiều lớp. Nguồn: HKUST
Tác giả chính tương ứng Giáo sư Zhou Yuanyuan (bên phải) và đồng tác giả đầu tiên Tiến sĩ Guo Pengfei (bên trái) đang trình bày một nguyên mẫu pin mặt trời perovskite được tạo ra để chứng minh khái niệm về giao diện có cấu trúc nhiều lớp mới. Nguồn: HKUST
Tiến sĩ Guo Pengfei, đồng tác giả đầu tiên của công trình này và là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Khoa CBE của HKUST, cho biết: "Chúng tôi đã đưa khái niệm vật liệu composite vào thiết kế giao diện của các thiết bị quang điện tử, cho phép các hiệu ứng hiệp đồng của từng lớp trong giao diện mới này đạt được kết quả mà kỹ thuật giao diện truyền thống không thể đạt được".
Giáo sư Zhou, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết thêm, "Perovskite là vật liệu dạng lưới mềm. Chúng ta có thể tạo ra các đặc điểm cấu trúc vi mô trong loại vật liệu này mà khó có thể đạt được bằng các vật liệu thông thường. Mục tiêu của chúng tôi là hiểu được sự hình thành và cơ chế của các cấu trúc vi mô này ở cấp độ nano, hoặc thậm chí ở cấp độ nguyên tử, để thúc đẩy đổi mới thiết bị dựa trên sự hiểu biết cơ bản này".
Thông tin thêm: Zhimin Li và cộng sự, Tổng hợp giao diện dị thể perovskite dạng lưới phân giải bằng nhiều lớp, Nature Synthesis (2025). DOI: 10.1038/s44160-025-00787-7
Thông tin tạp chí: Nature Synthesis
Do Đại học Khoa học và Công nghệ Hồng Kông cung cấp
