Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã chế tạo thiết bị ba điểm nối với kỹ thuật thụ động giao diện và khối kép nhằm mục đích thúc đẩy tính đồng nhất halogenua tại giao diện giữa chất hấp thụ perovskite và lớp vận chuyển lỗ trống. Tế bào 0,049 cm2 đạt được điện áp mạch hở đáng chú ý là 3,33 V và cũng có thể duy trì 80% hiệu suất ban đầu sau 200 giờ theo dõi điểm công suất tối đa liên tục.
Sơ đồ của pin mặt trời
Hình ảnh: Đại học Toronto
Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế do Đại học Toronto ở Canada dẫn đầu đã phát triển một loại pin mặt trời ba điểm nối hoàn toàn perovskite cho thấy khả năng đồng nhất hóa được cải thiện của màng perovskite halogenua.
Các nhà khoa học cho biết chiến lược mới của họ nhằm cải thiện chất lượng màng và hiệu suất tế bào nhằm khắc phục thách thức điển hình của các thiết bị PV ba điểm nối hoàn toàn bằng perovskite nguyên khối, thường thể hiện độ lệch dải tăng lên với các lớp vận chuyển điện tích và mật độ khuyết tật trong phạm vi rộng. chất hấp thụ perovskite bandgap. Điều này giữ cho hiệu suất của chúng ở mức thấp hơn so với hiệu suất mà các đối tác nối đôi và nối đơn đạt được.
Tác giả nghiên cứu, Edward Sargent, nói với tạp chí pv : “Chúng tôi đã tìm cách cải thiện tính đồng nhất về khối lượng và bề mặt phân cách của halogenua trong chất hấp thụ perovskite dải rộng 2 eV giàu bromium để giảm tổn thất năng lượng” .
Cách tiếp cận của họ bao gồm một kỹ thuật thụ động giao diện và số lượng lớn kép nhằm mục đích thúc đẩy tính đồng nhất halogenua ở giao diện giữa chất hấp thụ perovskite và lớp vận chuyển lỗ trống (HTL). Nó liên quan đến việc đưa vào một loại muối diammonium halogenua được gọi là propane-1,3-diammonium iodide (PDA) trong quá trình hình thành màng.
Tế bào có diện tích 0,049 cm2 và có cấu hình đảo ngược. Các tế bào perovskite đảo ngược có cấu trúc thiết bị được gọi là “pin”, trong đó tiếp điểm chọn lọc lỗ p nằm ở dưới cùng của lớp perovskite nội tại i với lớp vận chuyển điện tử n ở trên cùng.
Thiết bị được thiết kế với đế thủy tinh, mặt sau trong suốt indi oxit (IOH) pha tạp hydro, lớp vận chuyển lỗ (HTL) làm từ niken(II) oxit (NiOx) và axit photphonic gọi là carbazole thay thế methyl (Me- 4PACz), chất hấp thụ perovskite dải rộng, chất đệm dựa trên phenyl-C 61 -butyric acid metyl este (PCBM) và polyethylenimine (PEI), lớp đệm thiếc oxit (SnOx), lớp oxit thiếc indium (ITO), một HTL khác dựa trên NiOx và Me-4PAC, chất hấp thụ perovskite dải năng trung bình, lớp vận chuyển điện tử Buckminsterfullerene (C60) (ETL), một lớp đệm SnOx khác, một điểm tiếp xúc kim loại vàng (Au), một HTL khác dựa trên PEDOT polyme: PSS, chất hấp thụ perovskite dải hẹp, ETL làm từ C60, một lớp đệm SnOx khác và một tiếp điểm kim loại bạc (Ag).
Khoảng cách năng lượng của ba chất hấp thụ lần lượt là 1,97 eV, 1,61 eV và 1,25 eV.
Các nhà nghiên cứu cho biết PDA được phát hiện là có hiệu quả trong việc tương tác với các tiền chất perovskite và làm chậm quá trình hình thành màng perovskite trong quá trình phủ spin, với các màng có biểu hiện kết tinh chậm. Họ giải thích: “Do đó, chúng tôi suy đoán rằng PDA cho phép sự tăng trưởng có kiểm soát giữa các loài halogenua và tạo điều kiện cho sự chuyển đổi đồng nhất sang các pha perovskite hỗn hợp”. “Các cation PDA liên kết mạnh mẽ với các giao diện của các mảnh perovskite liền kề, cho phép có nhiều thời gian thư giãn hơn để các ion halogenua khác nhau trao đổi và do đó hình thành các pha perovskite hỗn hợp halogen đồng nhất.”
Được thử nghiệm trong điều kiện chiếu sáng tiêu chuẩn, thiết bị ba điểm nối cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 25,1%, điện áp mạch hở là 3,33 V, dòng điện ngắn mạch là 9,7 mA cm2 và hệ số lấp đầy là 0,78. Thiết bị cũng có thể giữ lại 80% hiệu suất ban đầu sau 200 giờ theo dõi điểm công suất tối đa liên tục (MPPT).
Trong khi đó, Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (NREL) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã chứng nhận hiệu suất 23,87% cho thiết bị sử dụng giao thức quét công suất tối đa tiệm cận.
Các nhà khoa học cho biết: “Chúng tôi quan sát thấy rằng mặc dù muối diammonium không ngăn chặn sự phân tách halogenua do ánh sáng gây ra, nhưng tế bào có khe dải rộng vẫn duy trì được độ ổn định hoạt động cao dưới ánh sáng kéo dài, vượt xa độ ổn định của khoảng 2 tế bào eV trước đây được báo cáo trong tài liệu”.
Tế bào này được mô tả trong nghiên cứu “Sự đồng nhất hóa Halide để giảm thiểu sự mất năng lượng trong perovskite 2-eV-bandgap và tăng hiệu suất trong pin mặt trời ba điểm nối hoàn toàn perovskite,” được công bố trên tạp chí Nature Energy . Nhóm nghiên cứu bao gồm các học giả từ Đại học Công nghệ Eindhoven ở Hà Lan và Đại học Washington ở Hoa Kỳ, cũng như từ Đại học Oxford và Đại học Cambridge ở Vương quốc Anh.
