Phân tử mới siêu nạp pin mặt trời Perovskite để có hiệu suất và độ ổn định cao hơn
Bởi Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST)
Một nghiên cứu mới cho thấy phân tử tổng hợp CPMAC, được phát triển từ buckminsterfullerene (C₆₀), cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng và độ bền của pin mặt trời perovskite. Bằng cách hình thành liên kết ion mạnh hơn với vật liệu perovskite, CPMAC tăng cường các đặc tính điện tử của pin và giảm thiểu sự suy thoái cơ học.
KAUST là một phần của sự hợp tác quốc tế đã chứng minh cách một phân tử muối ion, được gọi là CPMAC, có thể tăng đáng kể hiệu suất pin mặt trời lên 0,6%.
Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science cho thấy việc tích hợp một phân tử tổng hợp cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng và tuổi thọ của pin mặt trời perovskite. Phân tử này, được gọi là CPMAC, được phát triển thông qua sự hợp tác quốc tế có sự tham gia của các nhà nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST).
CPMAC là muối ion được tổng hợp từ buckminsterfullerene, một vật liệu đen gốc carbon gồm 60 nguyên tử, thường được gọi là C60. Mặc dù C60 đã giúp pin mặt trời perovskite đạt được hiệu suất năng lượng phá kỷ lục, nhưng nó cũng đặt ra những thách thức bằng cách hạn chế hiệu suất tổng thể và độ ổn định lâu dài của pin. Để khắc phục những hạn chế này, các nhà khoa học đã nghiên cứu các vật liệu thay thế, dẫn đến sự phát triển của CPMAC.
“Trong hơn một thập kỷ, C₆₀ đã là một thành phần không thể thiếu trong quá trình phát triển pin mặt trời perovskite. Tuy nhiên, các tương tác yếu tại giao diện perovskite/C₆₀ dẫn đến sự phân hủy cơ học làm giảm độ ổn định lâu dài của pin mặt trời. Để giải quyết hạn chế này, chúng tôi đã thiết kế một muối ion có nguồn gốc từ C₆₀, CPMAC, để tăng cường đáng kể độ ổn định của pin mặt trời perovskite”, Giáo sư Osman Bakr, Khoa điều hành của Trung tâm Xuất sắc về Năng lượng tái tạo và Công nghệ bền vững (CREST) của KAUST, người dẫn đầu các đóng góp của KAUST cho nghiên cứu này, giải thích.
Pin mặt trời perovskite được chế tạo bằng CPMAC. Tín dụng: Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah
Cải thiện hiệu suất với CPMAC
Hóa học của CPMAC đã cải thiện các đặc tính điện tử của pin mặt trời. Pin có CPMAC có hiệu suất chuyển đổi năng lượng – một số liệu chuẩn được sử dụng để đánh giá hiệu suất năng lượng của pin mặt trời – cao hơn 0,6% so với pin mặt trời được chế tạo bằng C60.
Nếu một nhà máy điện trung bình sản xuất 1 gigawatt điện, thì chênh lệch dưới 1% vẫn đủ để cung cấp điện cho 5.000 ngôi nhà.
"Khi chúng ta xử lý quy mô của một nhà máy điện thông thường, lượng điện bổ sung được tạo ra ngay cả từ một phần nhỏ của một điểm phần trăm cũng khá đáng kể", Hongwei Zhu, một nhà khoa học nghiên cứu tại KAUST, người cũng đóng góp vào nghiên cứu này, cho biết.
Hơn nữa, pin mặt trời CPMAC cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng giảm một phần ba so với pin mặt trời C60 khi hai loại này tiếp xúc với nhiệt độ cao ở các độ ẩm khác nhau trong hơn 2.000 giờ, một chuẩn mực để kiểm tra độ ổn định của pin mặt trời.
Sự khác biệt giữa hai loại trở nên rõ ràng hơn khi lắp ráp chúng thành các mô-đun gồm bốn cell pin mặt trời, một mô hình đơn giản hóa của tấm pin mặt trời, thường bao gồm khoảng 50 đến 100 cell.
Những lợi ích này được cho là do CPMAC làm giảm các khuyết tật trong một thành phần chính của cell pin mặt trời được gọi là lớp truyền electron bằng cách tạo ra các liên kết ion với perovskite thay vì các liên kết van der Waals yếu hơn được tạo ra với C60.
Tham khảo: “Con thoi điện tử muối ion dựa trên C60 dành cho các mô-đun năng lượng mặt trời perovskite đảo ngược hiệu suất cao” của Shuai You, Hongwei Zhu, Zhongjin Shen, Xiaoming Wang, Bingyao Shao, Qingxiao Wang, Jianxun Lu, Youyou Yuan, Benjia Dak Dou, Erin M. Sanehira, Todd Russell, Adam Lorenz, Yifan Dong, Lei Chen, Marco Casareto, Nicholas Rolston, Matthew C. Beard, Joseph J. Berry, Marina Freitag, Yanfa Yan, Osman M. Bakr và Kai Zhu, ngày 17 tháng 4 năm 2025, Khoa học.
DOI: 10.1126/science.adv4701
