Phương pháp thân thiện với môi trường giúp nâng cao chất lượng pin mặt trời perovskite bằng cách sử dụng phụ gia gốc long não
Tác giả: JooHyeon Heo, Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan
Sự bay hơi từng bước do các chất phụ gia rắn dễ bay hơi gây ra. Nguồn: Khoa học Năng lượng & Môi trường (2025). DOI: 10.1039/D4EE03897E
Một nghiên cứu gần đây chứng minh cách một chất có nguồn gốc từ long não, một chiết xuất tự nhiên từ cây long não, có thể cải thiện đáng kể chất lượng của màng mỏng perovskite được sử dụng trong pin mặt trời. Tính chất thăng hoa của vật liệu này—khả năng chuyển trực tiếp từ rắn sang khí mà không để lại cặn—đã được khai thác để nâng cao hiệu suất thiết bị và hiệu quả sản xuất.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Changduk Yang tại Khoa Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học thuộc UNIST đứng đầu đã tổng hợp thành công màng perovskite chất lượng cao bằng cách kết hợp các dẫn xuất long não. Việc không có các chất cặn được kỳ vọng sẽ kéo dài tuổi thọ và hiệu quả của pin mặt trời đồng thời đơn giản hóa quy trình chế tạo và giảm chi phí sản xuất. Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Energy & Environmental Science.
Màng mỏng perovskite trong pin mặt trời được tạo thành từ nhiều hạt tinh thể. Các hạt tinh thể lớn hơn, được sắp xếp hợp lý tạo điều kiện cho dòng electron chảy mượt mà hơn và tăng cường tính toàn vẹn của cấu trúc, dẫn đến hiệu quả và độ bền được cải thiện. Để đạt được các cấu trúc chất lượng cao như vậy, các chất phụ gia thường được sử dụng trong quá trình chế tạo; tuy nhiên, các chất phụ gia còn sót lại đôi khi có thể cản trở hiệu suất của thiết bị.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng camphorquinone (CQ) làm chất phụ gia. CQ là một dẫn xuất của long não, được chiết xuất từ cây long não, được biến đổi bằng một nhóm oxy hóa. Không giống như long não, thăng hoa trực tiếp từ rắn sang khí, CQ trải qua quá trình thăng hoa từng bước—ban đầu hỗ trợ hình thành tinh thể hạt giống đồng nhất trong quá trình xử lý nhiệt đầu tiên, sau đó thăng hoa hoàn toàn dần dần trong quá trình gia nhiệt thứ hai. Quá trình thăng hoa có kiểm soát này cho phép màng perovskite phát triển tối ưu mà không có chất gây ô nhiễm còn sót lại.
Nhà nghiên cứu Jeewon Park, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, giải thích, "CQ có thể được định thời gian chính xác để tác động đến giai đoạn phát triển tinh thể và không để lại vật liệu dư thừa trong màng. Tính chất độc đáo này cho phép chúng tôi sản xuất màng perovskite chất lượng cao".
Các tế bào quang điện được chế tạo bằng các màng tăng cường CQ này đã chứng minh hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) là 25,2%, vượt qua hiệu suất 23,0% của các thiết bị điều khiển không có chất phụ gia—cải thiện khoảng 9,6%.
Trong thử nghiệm theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT), mô phỏng các điều kiện vận hành trong thế giới thực, các thiết bị này vẫn giữ được hơn 90% hiệu suất ban đầu sau 1.000 giờ, tăng gấp đôi tuổi thọ hoạt động của các thiết bị điều khiển tương đương. MPPT là một tiêu chuẩn nghiêm ngặt đánh giá độ ổn định của tế bào quang điện dưới ánh sáng mặt trời mô phỏng.
Giáo sư Yang cho biết, "Giải quyết các vấn đề về độ ổn định trong pin mặt trời perovskite bằng vật liệu thân thiện với môi trường, có nguồn gốc tự nhiên không chỉ thúc đẩy công nghệ năng lượng bền vững mà còn mở đường cho các giải pháp năng lượng mặt trời bền hơn, tiết kiệm chi phí hơn".
Thông tin thêm: Jeewon Park và cộng sự, Quá trình bay hơi từng bước do các chất phụ gia rắn dễ bay hơi có nguồn gốc từ thiên nhiên cải thiện hiệu suất và độ ổn định của pin mặt trời perovskite, Khoa học Năng lượng & Môi trường (2025). DOI: 10.1039/D4EE03897E
Thông tin tạp chí: Khoa học Năng lượng & Môi trường
Do Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan cung cấp
