Cần có những vật liệu ổn định và hiệu quả hơn cho pin mặt trời trong quá trình chuyển đổi xanh. Cái gọi là perovskite halide được nêu bật như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các vật liệu silicon ngày nay. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển, đã có được những hiểu biết mới về cách thức hoạt động của vật liệu perovskite, đây là một bước tiến quan trọng.
Tín dụng: Đại học Công nghệ Chalmers
Halide perovskite là tên gọi chung của một nhóm vật liệu được coi là rất hứa hẹn và tiết kiệm chi phí cho các tế bào năng lượng mặt trời linh hoạt và nhẹ cùng nhiều ứng dụng quang học khác nhau, chẳng hạn như đèn LED. Lý do là vì nhiều vật liệu trong số này hấp thụ và phát ra ánh sáng theo cách cực kỳ hiệu quả. Tuy nhiên, vật liệu perovskite có thể phân hủy nhanh chóng và để biết cách ứng dụng tốt nhất các vật liệu này, cần phải hiểu sâu hơn về lý do tại sao điều này xảy ra và vật liệu hoạt động như thế nào.
Mô phỏng máy tính và học máy như một công cụ hỗ trợ
Trong nhóm perovskite, có cả vật liệu 3D và 2D, loại sau thường ổn định hơn. Sử dụng mô phỏng máy tính tiên tiến và học máy, một nhóm nghiên cứu tại Khoa Vật lý của Đại học Công nghệ Chalmers đã nghiên cứu một loạt vật liệu perovskite 2D và có được những hiểu biết quan trọng về những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất.
Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bài báo có tiêu đề "Tác động của các chất cách ly hữu cơ và tính đa chiều đối với việc tạo mẫu perovskite halide", được xuất bản trên ACS Energy Letters
Giáo sư Paul Erhart, thành viên nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers, cho biết: "Bằng cách lập bản đồ vật liệu trong các mô phỏng máy tính và đưa nó vào các tình huống khác nhau, chúng tôi có thể rút ra kết luận về cách các nguyên tử trong vật liệu phản ứng khi tiếp xúc với nhiệt, ánh sáng, v.v."
"Nói cách khác, hiện chúng ta có một mô tả vi mô về vật liệu không phụ thuộc vào những gì các thí nghiệm trên vật liệu đã chỉ ra, nhưng chúng ta có thể chỉ ra để dẫn đến cùng một hành vi như các thí nghiệm. Sự khác biệt giữa mô phỏng và thí nghiệm là chúng ta có thể quan sát, ở mức độ chi tiết, chính xác những gì dẫn đến các điểm đo cuối cùng trong các thí nghiệm. Điều này giúp chúng ta hiểu sâu hơn nhiều về cách perovskite 2D hoạt động."
Các hệ thống lớn hơn có thể được nghiên cứu trong thời gian dài hơn
Sử dụng máy học là một cách tiếp cận quan trọng đối với các nhà nghiên cứu. Họ có thể nghiên cứu các hệ thống lớn hơn, trong thời gian dài hơn so với trước đây có thể thực hiện được bằng các phương pháp tiêu chuẩn được sử dụng chỉ vài năm trước.
"Điều này đã mang lại cho chúng tôi cái nhìn tổng quan rộng hơn nhiều so với trước đây, nhưng cũng có khả năng nghiên cứu vật liệu chi tiết hơn nhiều. Chúng tôi có thể thấy rằng trong những lớp vật liệu rất mỏng này, mỗi lớp có hành vi khác nhau và đó là điều rất, rất khó phát hiện bằng thực nghiệm", Phó Giáo sư Julia Wiktor từ nhóm nghiên cứu, trong đó có nhà nghiên cứu Erik Fransson, cho biết.
Hiểu rõ hơn về thành phần của vật liệu
Vật liệu perovskite 2D bao gồm các lớp vô cơ xếp chồng lên nhau, được phân tách bằng các phân tử hữu cơ. Việc hiểu các cơ chế chính xác ảnh hưởng đến sự tương tác giữa các lớp và các phân tử này là rất quan trọng để thiết kế các thiết bị quang điện tử hiệu quả và ổn định dựa trên vật liệu perovskite.
"Trong perovskite 2D, bạn có các lớp perovskite được liên kết với các phân tử hữu cơ. Điều chúng tôi khám phá ra là bạn có thể trực tiếp kiểm soát cách các nguyên tử trong các lớp bề mặt di chuyển thông qua việc lựa chọn các liên kết hữu cơ và cách điều này ảnh hưởng đến các chuyển động nguyên tử sâu bên trong các lớp perovskite. Vì chuyển động đó rất quan trọng đối với các tính chất quang học, nên nó giống như hiệu ứng domino", Erhart nói.
Kết quả nghiên cứu cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về cách sử dụng vật liệu perovskite 2D để thiết kế các thiết bị cho các ứng dụng và biến thể nhiệt độ khác nhau.
"Điều này thực sự mang đến cho chúng ta cơ hội để hiểu được sự ổn định có thể đến từ đâu trong các vật liệu perovskite 2D, và do đó có thể cho phép chúng ta dự đoán được các liên kết và kích thước nào có thể làm cho vật liệu vừa ổn định hơn vừa hiệu quả hơn cùng một lúc. Bước tiếp theo của chúng tôi là chuyển sang các hệ thống phức tạp hơn và đặc biệt là các giao diện có vai trò cơ bản đối với chức năng của các thiết bị", Wiktor cho biết.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
