Năng lượng mặt trời đang trở thành một nguồn năng lượng tái tạo ngày càng phổ biến. Các tấm pin mặt trời hiện tại với silicon là thành phần chính của chúng có giá cả phải chăng và đáng tin cậy. Tuy nhiên, việc sử dụng một vật liệu tương đối mới, perovskite, có thể cải thiện đáng kể hiệu quả của pin mặt trời. Nhà nghiên cứu Bas van Gorkom của TU/e đã phát triển một kỹ thuật có độ nhạy cao để đo các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể của perovskite. Điều này rất quan trọng, vì chất lượng tinh thể tốt hơn có thể nâng cao tính ổn định của perovskite.
Trong bóng tối— tối đen—và tránh xa những rung động và tiếng ồn. Đó là cách mà Ph.D. ứng cử viên Bas van Gorkom đã thực hiện các thí nghiệm của mình trong những năm qua. Nhưng đó không phải là thời kỳ đen tối, anh nói đùa. Ngược lại, bởi vì một khi anh ta đã thiết lập các phép đo trong chuyển động, anh ta có thể đơn giản trở lại ánh sáng ban ngày.
Với việc sử dụng một thiết lập đặc biệt, Van Gorkom đã phát triển một kỹ thuật đo lường có độ nhạy cao để thu được thông tin về cấu trúc tinh thể của perovskite. Anh ấy sẽ bảo vệ nghiên cứu tiến sĩ của mình tại khoa Kỹ thuật Hóa học và Hóa học vào thứ Hai, ngày 3 tháng Tư.
Trái phiếu động
Công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất cho pin mặt trời hiện nay là silic tinh thể. Khoảng mười năm trước, pin mặt trời dựa trên perovskite đầu tiên bắt đầu xuất hiện. Chi phí vật liệu và sản xuất thấp, và quy trình sản xuất pin mặt trời dựa trên perovskite tương đối tiết kiệm năng lượng và đơn giản. Công nghệ mới nhất này, và đặc biệt là cái gọi là cấu hình tế bào song song, thường được mô tả là đầy hứa hẹn.
Một tế bào song song bao gồm một tế bào năng lượng mặt trời perovskite và silicon chồng lên nhau, mang lại hiệu quả thậm chí còn cao hơn. Tuy nhiên, perovskite có một số nhược điểm quan trọng tiếp tục hạn chế việc triển khai thương mại quy mô lớn của công nghệ này, Van Gorkom giải thích. "Liên kết giữa các nguyên tử trong tinh thể silicon rất chắc chắn, điều này làm cho vật liệu rất ổn định. Tinh thể perovskite chứa các ion, hạt dương và hạt âm, với các liên kết năng động hơn nhiều. Việc tiếp xúc với ánh sáng có thể khiến chúng di chuyển, điều này, một cách tự nhiên, tạo ra các vấn đề cho sự ổn định lâu dài. Bạn không muốn pin mặt trời trở nên không ổn định khi nó hấp thụ ánh sáng. Do đó, nghiên cứu về việc cải thiện tính ổn định của perovskite có tầm quan trọng rất lớn."
Đó là lý do tại sao Van Gorkom đã phân tích cấu trúc tinh thể perovskite rất chi tiết. "Bạn có những bức ảnh tuyệt đẹp về cấu trúc tinh thể 3D đối xứng với các chấm và đường tạo thành một mô hình toán học.
"Thật không may, thực tế không bao giờ hoàn hảo. Một cấu trúc tinh thể luôn có những khiếm khuyết. Các hạt có thể bị thiếu hoặc có thể ở sai vị trí. Trong pin mặt trời, những khiếm khuyết đó dẫn đến mất điện áp, cuối cùng làm giảm hiệu suất của tế bào. "
Một sợi cáp tạo nên sự khác biệt
Tuy nhiên, việc đo lường các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể perovskite không đơn giản như vậy và tại thời điểm này, điều này chủ yếu được thực hiện với các mô phỏng trên máy tính. Hiện tại, các nhà nghiên cứu trong nhóm Vật liệu phân tử và hệ thống nano của Van Gorkom đang tìm cách thực hiện các phép đo trong các tinh thể perovskite thực tế. Hiện họ đã làm được điều đó trong pin mặt trời mini, với phép đo dòng quang điện có độ nhạy cao do Van Gorkom và các đồng nghiệp của ông phát triển.
Tóm lại: họ xác định, trên mỗi pin mặt trời và ở mọi bước sóng ánh sáng, phần trăm hạt ánh sáng phát ra từ pin mặt trời đó dưới dạng electron. "Lý tưởng nhất là mỗi hạt ánh sáng được hấp thụ bởi pin mặt trời sẽ dẫn đến một điện tử. Bằng cách sử dụng một phương pháp gián tiếp, giờ đây chúng ta có thể đo các điện tích ở dạng khuyết tật, dưới dạng một lượng nhỏ dòng điện. Và chúng ta có thể làm như vậy rất chính xác; chúng ta thậm chí có thể nhìn thấy nó khi 1 trong 100 triệu hạt ánh sáng được chuyển đổi thành điện tử."
Van Gorkom nói rằng bí quyết nằm ở các chi tiết. "Chúng tôi đã dành rất nhiều thời gian để cố gắng đạt được độ nhạy này. Độ ồn phải được giảm càng nhiều càng tốt, dây cáp có thể tạo ra sự khác biệt. Đó là lý do tại sao cơ sở của chúng tôi—được đặt trong một phòng riêng biệt ở một chuồng ngựa đặc biệt hơn spot—chứa các linh kiện điện tử đặc biệt. Bạn không thể sao chép nó, chỉ có một dụng cụ đo lường tương tự trên toàn thế giới. Giờ đây, chúng tôi có thể thực hiện các phép đo chuyên môn cao và chúng tôi cũng đã nhận được đơn đăng ký từ bên ngoài trường đại học. Vì chúng tôi có thể để hiển thị các khiếm khuyết trong vật liệu thực tế, giờ đây chúng tôi có thể cố gắng xác định cụ thể những thành phần dẫn đến perovskite ổn định hơn , lên đến mức thấp nhất có thể."
