Vấn đề suy thoái lớp oxit kim loại trong pin mặt trời perovskite bán trong suốt đã được giải quyết và giải quyết thành công, lần đầu tiên trên thế giới cho thấy sự tiến bộ đáng kể.
Viện Nghiên cứu Năng lượng Hàn Quốc đã cải tiến đáng kể công nghệ pin mặt trời perovskite bán trong suốt, đạt hiệu suất dẫn đầu thế giới là 21,68% và thể hiện độ bền đặc biệt. Bước đột phá này nhằm mục đích tăng cường ứng dụng pin mặt trời trong các cấu hình cửa sổ và song song, giải quyết những thách thức chính trong việc đạt được mức độ trung hòa carbon vào năm 2050. Thông qua nghiên cứu đổi mới, nhóm nghiên cứu đã cải thiện tính ổn định và hiệu quả của các pin này, đóng góp đáng kể cho lĩnh vực năng lượng mặt trời. năng lượng. Nguồn: Viện nghiên cứu năng lượng Hàn Quốc
Phòng Nghiên cứu Quang điện của Viện Nghiên cứu Năng lượng Hàn Quốc, phối hợp với Phòng thí nghiệm Khoa học Tính toán và AI Năng lượng KIER, đã đạt được tiến bộ trong việc nâng cao độ bền và hiệu suất của pin mặt trời perovskite bán trong suốt. Những tế bào này hứa hẹn sẽ có ứng dụng trong xây dựng cửa sổ và phát triển pin mặt trời song song.
Pin mặt trời bán trong suốt đạt hiệu suất kỷ lục 21,68%, khiến chúng trở thành loại pin mặt trời hiệu quả nhất trong số các pin mặt trời perovskite sử dụng điện cực trong suốt trên thế giới. Ngoài ra, chúng còn cho thấy độ bền vượt trội, với hơn 99% hiệu suất ban đầu được duy trì sau 240 giờ hoạt động.
Nhiệm vụ trung hòa carbon và đổi mới năng lượng mặt trời
Để đạt được mức trung hòa carbon vào năm 2050, mấu chốt nằm ở việc đạt được 'hiệu suất cực cao' và 'đa dạng hóa các lĩnh vực ứng dụng' của công nghệ pin mặt trời thế hệ tiếp theo, khắc phục những hạn chế về không gian lắp đặt và diện tích đất quốc gia. Điều này đòi hỏi các công nghệ hiệu quả và đa chức năng như pin mặt trời song song và pin mặt trời cho cửa sổ. Cả hai công nghệ đều yêu cầu pin mặt trời perovskite bán trong suốt có hiệu suất cao và ổn định.
Để chế tạo pin mặt trời perovskite bán trong suốt, cần thay thế các điện cực kim loại của pin mặt trời mờ đục thông thường bằng các điện cực trong suốt cho phép ánh sáng đi qua. Trong quá trình này, các hạt năng lượng cao được tạo ra, dẫn đến suy giảm hiệu suất của lớp vận chuyển lỗ trống.
Pin mặt trời Perovskite, pin mặt trời perovskite bán trong suốt, pin mặt trời song song perovskite-si từ bên trái. Nguồn: Viện nghiên cứu năng lượng Hàn Quốc
Để ngăn chặn điều này, người ta thường lắng đọng một lớp oxit kim loại hoạt động như một lớp đệm giữa lớp vận chuyển lỗ trống và lớp điện cực trong suốt. Tuy nhiên, so với pin mặt trời mờ được sản xuất trong cùng điều kiện, đặc tính vận chuyển điện tích và độ ổn định của thiết bị bán trong suốt bị giảm đi, nguyên nhân và giải pháp chính xác vẫn chưa được làm rõ.
Đột phá trong việc hiểu và cải thiện tính ổn định của pin mặt trời
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phân tích quang điện và khoa học tính toán cấp độ nguyên tử để xác định nguyên nhân làm giảm tính chất vận chuyển điện tích và độ ổn định xảy ra trong quá trình chế tạo pin mặt trời perovskite bán trong suốt. Thông qua đó, họ phát hiện ra rằng các ion lithium (Li), được thêm vào để tăng độ dẫn điện của lớp vận chuyển lỗ trống, khuếch tán vào lớp oxit kim loại đóng vai trò là chất đệm, cuối cùng làm thay đổi cấu trúc điện tử của lớp đệm oxit kim loại thành lớp đệm đó bị phân hủy. đặc điểm của nó.
Hơn nữa, ngoài việc xác định nguyên nhân, các nhà nghiên cứu đã giải quyết vấn đề bằng cách tối ưu hóa thời gian oxy hóa của lớp vận chuyển lỗ trống. Họ phát hiện ra rằng việc chuyển đổi các ion lithium thành oxit lithium ổn định (LixOy) thông qua quá trình oxy hóa được tối ưu hóa sẽ làm giảm sự khuếch tán của các ion lithium, từ đó tăng cường độ ổn định của thiết bị. Phát hiện này cho thấy lithium oxit, trước đây được coi là sản phẩm phụ của phản ứng đơn giản, có thể đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả và độ ổn định.
Ahn SeJin, Ahn Seung-kyu, Yim Kanghoon từ bên trái và Naqvi Syed Dildar Haider trong vòng tròn. Nguồn: Viện nghiên cứu năng lượng Hàn Quốc
Quá trình phát triển đã tạo ra pin mặt trời perovskite bán trong suốt với hiệu suất ấn tượng 21,68%, cao nhất trong số tất cả các pin mặt trời perovskite điện cực trong suốt. Ngoài ra, nghiên cứu này còn chứng minh khả năng duy trì ấn tượng hơn 99% hiệu suất ban đầu trong 400 giờ khi bảo quản trong tối và hơn 240 giờ trong điều kiện hoạt động với ánh sáng liên tục, cho thấy hiệu quả và độ ổn định vượt trội của nó.
Triển khai pin mặt trời song song hai chiều
Nhóm nghiên cứu đã tiến xa hơn và áp dụng pin mặt trời đã phát triển làm pin mặt trời hàng đầu của pin mặt trời song song, tạo ra pin mặt trời hai mặt đầu tiên của đất nước sử dụng ánh sáng phản xạ từ phía sau cũng như ánh sáng phản xạ từ bề mặt phía trước. Phối hợp với Jusung Engineering Co., Ltd. và Trung tâm nghiên cứu Jülich của Đức, pin mặt trời hai mặt đạt được hiệu suất tương đương hai mặt cao là 31,5% đối với cấu hình bốn cực và 26,4% đối với cấu hình hai cực trong điều kiện có ánh sáng phản xạ từ phía sau là 20% ánh sáng mặt trời tiêu chuẩn.
Tiến sĩ Ahn SeJin thuộc Phòng Nghiên cứu Quang điện, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Nghiên cứu này thể hiện một tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này bằng cách kiểm tra quá trình phân hủy xảy ra ở bề mặt tiếp xúc của lớp đệm oxit kim loại và hợp chất hữu cơ đặc trưng của pin mặt trời perovskite bán trong suốt,” và nói thêm, “Giải pháp của chúng tôi có thể triển khai dễ dàng, chứng tỏ tiềm năng lớn cho việc sử dụng các công nghệ mà chúng tôi đã phát triển trong tương lai”.
Tham khảo: “Giảm thiểu sự xuống cấp bề mặt nội tại trong pin mặt trời Perovskite bán trong suốt để đạt hiệu suất cao và ổn định lâu dài” của Syed Dildar Haider Naqvi, Kyungnan Son, Wonzee Jung, Hui ung Hwang, Sangmin Lee, Arheum Lee, Minjong Keum, Sunwook Kim , Jeong Won Kim, Min Gu Kang, Hee-eun Song, Sungjun Hong, Inyoung Jeong, Seungkyu Ahn, Andreas Lambertz, Kaining Ding, Weiyuan Duan, Kanghoon Yim và SeJin Ahn, ngày 30 tháng 10 năm 2023, Vật liệu năng lượng tiên tiến .
