Nghiên cứu tiết lộ cách tăng hiệu suất của pin mặt trời perovskite
Đại học Chung Ang
Sử dụng 4PTSC làm phụ gia đa chức năng giúp cải thiện đáng kể sự phát triển tinh thể trong perovskite halogen thiếc, giảm số lượng khuyết tật thường cản trở hiệu suất. Hơn nữa, nhờ các đặc tính hóa học của hợp chất này, quá trình oxy hóa và thấm hơi ẩm được giảm thiểu, giúp tăng độ bền của vật liệu. Nguồn: Văn phòng Báo chí Đại học Oxford. https://openverse.org/image/279011b5-abb4-47c9-9e28-e5b002d50b7a
Năng lượng mặt trời là một trong những lựa chọn tốt nhất của nhân loại trước cuộc khủng hoảng năng lượng đang diễn ra và biến đổi khí hậu. Với việc các tấm pin mặt trời trở thành giải pháp năng lượng hấp dẫn, cả ở các cánh đồng mở và trên mái nhà ở các khu vực đô thị, các nhà khoa học đang miệt mài làm việc để cải tiến các công nghệ quang điện hiện có và đạt được những tầm cao mới về tính bền vững. Trong khi nhiều loại vật liệu quang điện đang được nghiên cứu, perovskite chắc chắn là một trong những loại vật liệu hứa hẹn nhất do tiềm năng sản xuất chi phí thấp và hiệu suất cao hơn.
Đặc biệt, perovskite halide thiếc (Sn-HP) đóng vai trò là giải pháp thay thế mạnh mẽ cho perovskite gốc chì (Pb) có hiệu suất cực cao. Do Sn ít độc hại hơn đáng kể đối với môi trường so với Pb, nên nghiên cứu về Sn-HP là một nỗ lực đáng giá. Thật không may, các tế bào quang điện perovskite (PSC) được làm từ Sn-HP vẫn phải đối mặt với một số thách thức cần được giải quyết.
Cụ thể, quá trình kết tinh nhanh và không đồng đều trong quá trình sản xuất dẫn đến hình thành các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể của lớp perovskite, cản trở hiệu suất chuyển đổi. Ngoài ra, Sn-HP có độ ổn định thấp và độ nhạy cao với độ ẩm và điều kiện xung quanh, hạn chế tuổi thọ chung của PSC được làm từ chúng.
Tuy nhiên, hiện nay, một nhóm nghiên cứu từ Hàn Quốc có thể đã tìm ra một giải pháp tinh tế và hiệu quả cho những vấn đề này. Nghiên cứu của họ gần đây đã được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials và do Phó giáo sư Dong-Won Kang từ Đại học Chung-Ang đứng đầu. Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã tiết lộ rằng việc đưa 4-Phenylthiosemicarbazide (4PTSC) làm chất phụ gia trong quá trình sản xuất Sn-HP có thể tăng cường hiệu suất của PSC.
Thông qua các phân tích chuyên sâu và so sánh thực nghiệm giữa PSC Sn-HP thông thường và PSC có chứa chất phụ gia được đề xuất, các nhà nghiên cứu đã giới thiệu nhiều chức năng của 4PTSC như một chất phụ gia.
"Chúng tôi cố tình chọn một phân tử đa chức năng hoạt động như một phức hợp phối hợp và một chất khử, thụ động hóa quá trình hình thành khuyết tật và cải thiện độ ổn định", Kang giải thích. Nhưng điều này có nghĩa là gì?
Vì 4PTSC hoạt động như một phối tử phối hợp, nên nó có thể điều chỉnh hiệu quả quá trình phát triển tinh thể. Một mặt, vòng phenyl liên hợp π trong phân tử 4PTSC thúc đẩy định hướng phát triển tinh thể được ưu tiên, giảm thiểu sự hình thành khuyết tật. Điều thú vị là 4PTSC cũng thụ động hóa bất kỳ khuyết tật nào hình thành thông qua sự phối hợp hóa học của 4PTSC và SnI2.
Đổi lại, điều này bảo vệ bề mặt perovskite và ngăn các ion Sn2+ và halide không phối hợp tham gia vào các phản ứng không mong muốn. Hơn nữa, các vị trí ái nhân –NH2 trong 4PTSC còn cản trở quá trình oxy hóa SnI2 và di chuyển ion, cải thiện độ ổn định của PSC.
Nhờ chất phụ gia mạnh mẽ này, các nhà nghiên cứu đã có thể sản xuất PSC với hiệu suất chưa từng có. "Các thiết bị được sửa đổi 4PTSC đạt hiệu suất cực đại là 12,22% với điện áp mạch hở tăng cường là 0,94 V và thể hiện độ ổn định lâu dài vượt trội, duy trì gần 100% hiệu suất chuyển đổi năng lượng ban đầu, ngay cả sau 500 giờ và khoảng 80% sau 1200 giờ trong điều kiện môi trường xung quanh mà không cần bất kỳ sự đóng gói nào. Điều này khác với sự suy thoái đáng kể được quan sát thấy ở các thiết bị kiểm soát trong vòng 300 giờ đầu tiên", Kang nhấn mạnh.
Do Sn-HP có giá thành sản xuất tương đối rẻ và chứng minh được hiệu suất tốt cùng độ bền cao, những phát hiện của nghiên cứu này có thể mở đường cho các tấm pin mặt trời dễ tiếp cận và bền hơn. Đổi lại, điều này có thể giúp năng lượng rẻ hơn cho người dân nói chung trong khi vẫn phù hợp với các mục tiêu phát triển bền vững hiện tại.
"Việc giải quyết những thách thức chính của Sn-HP và cải thiện đáng kể hiệu suất của chúng phù hợp với mục tiêu của chúng tôi là góp phần phát triển các giải pháp năng lượng tái tạo hiệu quả và bền vững, qua đó thúc đẩy các công nghệ xanh và thúc đẩy tương lai bền vững", Kang kết luận.
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
