Phương pháp mới giải quyết vấn đề với pin mặt trời perovskite
bởi Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia
So sánh các đường cong J-V điển hình của WBG PSC dựa trên perovskites được tạo ra bằng phương pháp chống dung môi và làm nguội khí. : Khoa học (2022). DOI: 10.1126/khoa học.adf0194
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia (NREL) báo cáo trong số mới của tạp chí Science, một phương pháp mới để sản xuất pin mặt trời perovskite đã giải quyết các vấn đề trước đây và tạo ra các thiết bị có hiệu suất cao và độ ổn định tuyệt vời.
Việc phát triển các perovskite hiệu quả và ổn định cao dựa trên hỗn hợp giàu brom và iốt được coi là rất quan trọng để tạo ra các tế bào năng lượng mặt trời song song. Tuy nhiên, hai yếu tố này có xu hướng tách ra khi tiếp xúc với ánh sáng và nhiệt, do đó hạn chế điện áp và độ ổn định của pin mặt trời.
Kai Zhu, nhà khoa học cao cấp tại NREL, điều tra viên chính của dự án và là tác giả chính của bài báo mới "Kỹ thuật kết cấu thành phần cho pin mặt trời perovskite độ ổn định cao cho biết: "Phương pháp tăng trưởng mới này có thể ngăn chặn đáng kể sự phân tách pha". "
Phương pháp mới đã giải quyết vấn đề đó và tạo ra pin mặt trời dải rộng với hiệu suất lớn hơn 20% và quang điện áp 1,33 vôn và ít thay đổi về hiệu suất trong hơn 1.100 giờ hoạt động liên tục ở nhiệt độ cao. Với cách tiếp cận mới này, một tế bào song song hoàn toàn bằng perovskite đã thu được hiệu suất 27,1% với điện áp quang cao 2,2 vôn và độ ổn định hoạt động tốt.
Trong ô song song, lớp băng thông hẹp được đặt lên trên lớp băng thông rộng. Sự khác biệt về khoảng cách dải tần cho phép thu được nhiều quang phổ năng lượng mặt trời hơn và chuyển đổi thành điện năng.
Perovskite dùng để chỉ cấu trúc tinh thể được hình thành do sự lắng đọng của các chất hóa học lên chất nền. Nồng độ brom cao khiến màng perovskite kết tinh nhanh hơn và thường dẫn đến các khuyết tật làm giảm hiệu suất của pin mặt trời. Nhiều chiến lược khác nhau đã được thử nghiệm để giảm thiểu những vấn đề đó, nhưng tính ổn định của pin mặt trời perovskite dải rộng vẫn được coi là không đủ.
Phương pháp mới được phát triển dựa trên công trình mà Zhu và các đồng nghiệp của ông đã công bố vào đầu năm nay, đã lật ngược tế bào perovskite điển hình. Sử dụng cấu trúc kiến trúc đảo ngược này cho phép các nhà nghiên cứu tăng cả hiệu suất và độ ổn định cũng như dễ dàng tích hợp các pin mặt trời song song.
Nhóm do NREL dẫn đầu đã sử dụng cùng kiến trúc đó và tiến xa hơn so với phương pháp tạo perovskite thông thường. Phương pháp truyền thống sử dụng chất chống dung môi áp dụng cho các hóa chất kết tinh để tạo ra màng perovskite đồng nhất. Phương pháp mới dựa trên cái gọi là quá trình dập tắt khí, trong đó một luồng khí nitơ được thổi vào các hóa chất. Kết quả đã giải quyết được vấn đề tách brom và iốt, tạo ra màng perovskite với các đặc tính cấu trúc và quang điện tử được cải thiện.
Phương pháp chống dung môi cho phép các tinh thể phát triển nhanh chóng và đồng đều trong màng perovskite, chen chúc nhau và dẫn đến các khuyết tật nơi các ranh giới hạt gặp nhau. Quá trình làm nguội bằng khí, khi được áp dụng cho các hóa chất perovskite có hàm lượng brom cao, sẽ buộc các tinh thể phát triển cùng nhau, xếp chặt từ trên xuống dưới, do đó chúng trở nên giống như một hạt duy nhất và giảm đáng kể số lượng khuyết tật. Phương pháp tăng trưởng từ trên xuống tạo thành một cấu trúc gradient, với nhiều brom hơn ở gần đỉnh và ít hơn trong phần lớn tế bào. Phương pháp làm nguội bằng khí cũng có khả năng lặp lại cao hơn về mặt thống kê so với phương pháp chống dung môi.
Các nhà nghiên cứu đã đạt được hiệu quả vượt quá 20% đối với lớp băng thông rộng và hoạt động ổn định với mức suy giảm dưới 5% trong 1.100 giờ. Cùng với ô dưới cùng, thiết bị đạt hiệu suất 27,1%.
Các nhà nghiên cứu cũng đã thử argon và không khí làm khí sấy khô với kết quả tương tự, chỉ ra rằng phương pháp làm nguội khí là một cách chung để cải thiện hiệu suất của pin mặt trời perovskite dải rộng.
Cách tiếp cận tăng trưởng mới đã chứng minh tiềm năng của các thiết bị song song all-perovskite hiệu suất cao và nâng cao sự phát triển của các kiến trúc song song dựa trên perovskite khác, chẳng hạn như các thiết bị kết hợp silicon.
