Mỏ neo phân tử giao diện tăng cường hiệu suất của pin mặt trời perovskite toàn cánh xung quanh
của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Mỏ neo phân tử giao diện tăng cường hiệu suất của pin mặt trời perovskite toàn cánh xung quanh. Tín dụng: DICP
Pin mặt trời perovskite (PSC) mang lại hiệu suất cao và chi phí chế tạo thấp, khiến chúng trở thành ứng cử viên sáng giá cho công nghệ quang điện thế hệ tiếp theo. Các kỹ thuật in đã trở thành con đường công nghiệp được ưa chuộng trong số các phương pháp chế tạo hiện có do khả năng tương thích với sản xuất liên tục, quy mô lớn.
Tuy nhiên, các hạt nano SnO2—thường được sử dụng làm lớp vận chuyển điện tử—có xu hướng kết tụ trong quá trình in, dẫn đến sự hình thành màng không đồng đều. Sự kết tụ này gây ra các khuyết tật kết tinh trong lớp perovskite và tạo ra các rào cản vận chuyển điện tích giao diện, đặt ra thách thức đối với việc cải thiện hiệu suất hơn nữa.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Joule, một nhóm do Giáo sư Yang Dong và Giáo sư Liu Shengzhong từ Viện Vật lý Hóa học Đại Liên (DICP) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đứng đầu đã giải quyết thách thức này thông qua tối ưu hóa tương tác giao diện.
Các nhà nghiên cứu đã đưa tetramethylammonium chloride (TMACL) vào dung dịch keo tiền chất SnO2. TMACL, tận dụng các tương tác tĩnh điện, đã "neo chặt" các hạt nano SnO2 một cách hiệu quả, ngăn chặn sự kết tụ của chúng và tăng cường độ ổn định keo tổng thể. Độ nhám bề mặt của màng phủ đã giảm 32% và các khuyết tật lỗ kim đã được giảm thiểu.
Hơn nữa, các nguyên tử nitơ trong TMACL đã hình thành liên kết hóa học với các ion chì trong lớp perovskite, hoạt động như một "keo phân tử" liên kết chặt chẽ lớp vận chuyển electron với chất hấp thụ perovskite. Kết nối giao diện mạnh mẽ này đã làm giảm mật độ khuyết tật giao diện xuống 40% và cải thiện đáng kể hiệu quả chiết xuất điện tích.
Thông qua chiến lược "keo phân tử" này, các nhà nghiên cứu đã thu hẹp khoảng cách hiệu suất giữa các thiết bị quy mô phòng thí nghiệm và quy mô lớn. Họ đã chế tạo một mô-đun perovskite có diện tích lỗ là 57,20 cm2 hoàn toàn thông qua quy trình phủ, đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 22,76%, với hiệu suất được chứng nhận là 21,60%. Thiết bị không được đóng gói vẫn giữ được 93,25% hiệu suất ban đầu sau 1.500 giờ hoạt động trong điều kiện môi trường xung quanh, hiệu suất này vượt trội hơn so với các thiết bị được sản xuất bằng phương pháp thông thường.
Hơn nữa, chiến lược này đã chứng minh được hiệu quả trong các tế bào quang điện perovskite linh hoạt. Một mô-đun linh hoạt trong cùng một khu vực đạt được hiệu suất vượt quá 20% và duy trì 95,3% hiệu suất ban đầu sau 500 chu kỳ uốn cong, làm nổi bật tiềm năng ứng dụng của nó trong thiết bị điện tử đeo được, quang điện tích hợp trên xe và các tình huống mới nổi khác.
Chiến lược này có thể tích hợp liền mạch với các quy trình phủ và in có thể mở rộng quy mô. Không giống như phương pháp phủ quay truyền thống, phương pháp in cho phép chế tạo liên tục các màng có kích thước mét với tỷ lệ sử dụng vật liệu vượt quá 90% và mức tiêu thụ năng lượng giảm 50%. Ngoài ra, TMACL chỉ tốn một phần mười chi phí so với vật liệu sửa đổi giao diện thông thường vì đây là thuốc thử công nghiệp có sẵn rộng rãi và loại bỏ nhu cầu về các bước xử lý bổ sung.
"Nghiên cứu của chúng tôi giúp giảm bớt rào cản đối với sản xuất quy mô lớn và mở đường cho việc triển khai thương mại các công nghệ năng lượng mặt trời perovskite hiệu suất cao", Giáo sư Liu cho biết.
Thông tin thêm: Xuejie Zhu và cộng sự, Mỏ neo phân tử giao diện cho các mô-đun năng lượng mặt trời perovskite toàn cánh xung quanh, Joule (2025). DOI: 10.1016/j.joule.2025.101919
Thông tin tạp chí: Joule
Cung cấp bởi Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
