Lớp màng bảo vệ trên pin mặt trời perovskite có độ bền 1.000 giờ trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt
Tác giả: JooHyeon Heo, Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan
Hiệu suất quang điện trên HTL spiro-OMeTAD tích hợp EC. Nguồn: Khoa học Năng lượng & Môi trường (2025). DOI: 10.1039/D4EE05699J
Một loại pin mặt trời perovskite (PSC) mới cho thấy khả năng phục hồi đáng kể ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao, nhờ lớp màng bảo vệ cải tiến. Nhóm nghiên cứu cho rằng những phát hiện này là bước tiến quan trọng hướng tới thương mại hóa bằng cách giải quyết các vấn đề về độ ổn định nhiệt.
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Dong Suk Kim tại Trường Cao học Trung hòa Carbon UNIST dẫn đầu, hợp tác với Giáo sư Tae Kyung Lee từ Đại học Quốc gia Gyeongsang (GNU), đã chế tạo thành công một loại PSC chịu nhiệt có khả năng chịu được các quy trình đóng gói ở nhiệt độ cao.
Pin mặt trời cải tiến này đã chứng minh hiệu suất ban đầu đáng chú ý là 25,56% và duy trì hơn 85% hiệu suất ban đầu sau khi hoạt động trong điều kiện 85°C và độ ẩm tương đối 85% trong tối đa 1.000 giờ. Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Energy & Environmental Science.
Pin mặt trời perovskite, được coi là giải pháp năng lượng thế hệ tiếp theo, về mặt lý thuyết có hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện cao hơn so với pin silicon thông thường, đồng thời cũng tiết kiệm chi phí hơn. Mặc dù hiệu suất trong phòng thí nghiệm đã vượt quá 27%, nhưng việc ngăn cản các pin này đạt được mục tiêu thương mại hóa chủ yếu là do tính ổn định nhiệt của chúng.
Không giống như pin silicon, có thể chịu được nhiệt độ đóng gói cao cần thiết để ngăn độ ẩm và oxy làm hỏng pin, pin perovskite gặp khó khăn trong điều kiện vượt quá 110°C.
Để vượt qua những thách thức này, nhóm nghiên cứu đã thay thế chất phụ gia thông thường 4-tert-butylpyridine (tBP) bằng ethylene carbonate (EC) trong thành phần của PSC. Trong khi tBP cải thiện hiệu suất, nó làm giảm đáng kể nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) của lớp vận chuyển lỗ xuống dưới 80°C, làm giảm độ ổn định của pin trong môi trường nhiệt độ cao. Quá trình chuyển thủy tinh biểu thị điểm mà lớp vận chuyển lỗ gần như trở thành chất lỏng.
Pin thu được tạo ra có hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) là 25,56%—cao nhất trong số các pin mặt trời không có tBP. Hiệu suất hầu như không thay đổi sau khi trải qua quá trình đóng gói. Trong các thử nghiệm được tiến hành theo tiêu chuẩn quốc tế ở nhiệt độ 85°C và độ ẩm tương đối 85%, các pin được đóng gói thể hiện độ bền đặc biệt, duy trì hiệu suất 21,7% ngay cả sau 1.000 giờ. Nhiệt độ chuyển thủy tinh của lớp vận chuyển lỗ cũng được nâng lên 125°C.
Ngay cả khi mở rộng lên diện tích mô-đun là 100 cm², các pin mặt trời vẫn duy trì hiệu suất cao là 22,14%. Thành tựu này được cho là nhờ khả năng của ethylene carbonate trong việc hòa tan đồng đều chất pha tạp lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), giúp tăng cường hiệu suất vận chuyển điện tích trong lớp vận chuyển lỗ, cải thiện hiệu suất tổng thể của pin mặt trời.
Giáo sư Kim nhấn mạnh, "Thông qua nghiên cứu này, chúng tôi đã phát triển một hệ thống lớp vận chuyển lỗ duy trì hiệu suất cao đồng thời đảm bảo tính ổn định trong môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao." Ông nói thêm, "Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới ứng dụng thực tế của pin mặt trời perovskite."
