Pin mặt trời perovskite đảo ngược dựa trên lớp đơn tự lắp ráp đạt hiệu suất 23,31%
Một nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc đã cải thiện hiệu suất và độ ổn định của pin perovskite đảo ngược bằng cách sử dụng phương pháp lắp ráp đồng thời để kết hợp các lớp đơn tự lắp ráp tại lớp vận chuyển lỗ.
Sơ đồ pin mặt trời
Ảnh: Đại học Dianzi Hàng Châu
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Dianzi Hàng Châu của Trung Quốc đã phát triển một pin mặt trời perovskite đảo ngược dựa trên lớp vận chuyển lỗ (HTL) với lớp đơn tự lắp ráp (SAM) nhằm mục đích thụ động hóa các khuyết tật và tăng hiệu suất.
Pin perovskite đảo ngược có cấu trúc thiết bị được gọi là "p-i-n", trong đó tiếp xúc chọn lọc lỗ p nằm ở dưới cùng của lớp perovskite nội tại i với lớp vận chuyển điện tử n ở trên cùng. Pin perovskite halide thông thường có cùng cấu trúc nhưng đảo ngược - bố cục "n-i-p". Trong kiến trúc n-i-p, pin mặt trời được chiếu sáng qua mặt lớp vận chuyển điện tử (ETL); trong cấu trúc p-i-n, pin được chiếu sáng qua bề mặt HTL.
“Với sự ra đời của SAM, hiệu suất chuyển đổi quang điện của pin mặt trời perovskite đảo ngược được cải thiện đáng kể dưới dạng vật liệu HTL, nhưng các cụm sẽ được hình thành khi SAM vượt quá nồng độ nhất định trong dung dịch”, tác giả liên hệ của nghiên cứu, Yue Zhang, cho biết với tạp chí pv. “Những hiện tượng cụm này dẫn đến liên kết yếu giữa nhóm neo phosphate ở đáy SAM và oxit thiếc indium (ITO), ảnh hưởng lớn đến độ phủ của SAM trên chất nền ITO, dẫn đến mất hiệu quả chiết xuất chất mang”.
Các nhà khoa học đã áp dụng “chiến lược SAM lắp ráp đồng thời (Co-SAM)” bao gồm việc lựa chọn vật liệu phụ gia để trộn với SAM thông thường dựa trên lớp MeO-2PACz, còn được gọi là axit [2-(3,6-Dimethoxy-9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic. Chiến lược này được chọn để đạt được độ phủ SAM tối ưu.
Các học giả đã thiết kế pin với chất nền làm bằng thủy tinh và oxit thiếc indium (ITO), lớp MeO-2PACz, chất hấp thụ perovskite, một lớp dựa trên phenethylammonium iodide (PEAI), một ETL dựa trên este metyl axit phenyl-C61-butyric (PCBM), một lớp đệm bathocuproine (BCP) và một tiếp xúc kim loại bạc (Ag).
Nhóm đã nghiên cứu các tinh thể perovskite bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và phát quang (PL), và phát hiện ra rằng kích thước hạt của perovskite được xử lý bằng Co-SAM tăng lên đến một mức độ nhất định, với hiện tượng lỗ của giao diện chôn vùi bị ức chế và sự sắp xếp hạt của mặt cắt ngang theo chiều dọc hơn. Zhang cho biết: "Những kết quả này có thể là do độ phủ SAM được cải thiện".
“Sau đó, chúng tôi đo tế bào thông qua kính hiển vi lực thăm dò Kelvin (KPFM) và phép đo hấp thụ thoáng qua (TA) femto giây (fs) và quan sát thấy chênh lệch điện thế tiếp xúc (CPD) của các màng sau khi xử lý Co-SAM giảm, cho thấy việc tăng hàm công có lợi cho việc khớp mức năng lượng tốt hơn và do đó làm tăng tốc độ vận chuyển chất mang”, ông nói thêm.
Khi được thử nghiệm trong điều kiện chiếu sáng tiêu chuẩn, tế bào đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 23,31%, điện áp mạch hở là 1,18 V, dòng điện ngắn mạch là 23,63 A và hệ số lấp đầy là 83,21%. Để so sánh, một thiết bị chuẩn được phát triển mà không có chiến lược Co-SAM chỉ đạt hiệu suất là 21,34%.
“Và theo dõi điểm công suất cực đại, hiệu suất có thể được duy trì gần 90% trong điều kiện chiếu sáng kéo dài 500 giờ”, Zhang tuyên bố.
Thiết kế pin mặt trời mới đã được giới thiệu trong nghiên cứu “Tái tạo lớp vận chuyển lỗ thông qua các phân tử tự lắp ráp đồng thời cho pin mặt trời perovskite đảo ngược hiệu suất cao”, vừa được công bố trên tạp chí khoa học Nano Micro Small. “Nghiên cứu này nhấn mạnh tiềm năng của Co-SAM trong việc giải quyết các thách thức liên quan đến HTL dựa trên SAM đồng thời đạt được hiệu suất và độ ổn định cao của thiết bị”, các nhà khoa học kết luận.
