Pin mặt trời Perovskite dựa trên hạt tự phân hủy đạt hiệu suất 23,73%, hệ số lấp đầy 83,64%
Một nhóm nghiên cứu Trung Quốc bao gồm các nhà khoa học từ nhà sản xuất mô-đun Tongwei đã thiết kế pin mặt trời perovskite với chất lượng màng perovskite vượt trội thông qua cái gọi là chiến lược hạt giống tự phân hủy. Thiết bị này không chỉ đạt được một trong những giá trị hệ số lấp đầy cao nhất từng được ghi nhận cho năng lượng mặt trời perovskite cho đến nay mà còn cho thấy độ ổn định vượt trội.
Sơ đồ của pin mặt trời
Hình ảnh: tạp chí pv
Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc tuyên bố đã đạt được một trong những giá trị hệ số lấp đầy cao nhất cho pin mặt trời perovskite bằng cách giảm sự tái hợp không bức xạ và ứng suất dư thông qua cái mà họ gọi là chiến lược hạt giống tự phân hủy.
Tác giả chính của nghiên cứu, Qianyu Liu, nói với tạp chí pv: “Chiến lược này đã đạt được hiệu quả tổng hợp trong việc tối ưu hóa hình thái, sửa đổi giao diện và giải phóng căng thẳng thông qua các cation chức năng được giải phóng từ hạt giống”. “Trong khi hạt trong tiền chất perovskite đã được chứng minh là có tác dụng kích thích sự phát triển của hạt perovskite và tăng kích thước hạt, thì các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào việc điều chỉnh sự kết tinh và hình thái học của perovskite. Tuy nhiên, đối với pin mặt trời perovskite, các vấn đề về khiếm khuyết ở bề mặt và ứng suất dư trong màng đều quan trọng và khó giải quyết bằng các chiến lược gieo mầm thông thường.”
Các nhà khoa học đã tìm cách khắc phục những hạn chế của chiến lược gieo hạt bằng cách sử dụng vật liệu perovskite có tên là 2D (4-FBZA)2PbI4, vật liệu này nhúng hạt giống tự phân hủy để tăng cường quá trình kết tinh của màng perovskite. Liu cho biết thêm: “Vật liệu này có thể liên kết với chì iodua (PbI2), tạo ra các trung tâm tạo mầm kích thước lớn cho hạt perovskite, từ đó nâng cao kích thước hạt và độ kết tinh”.
Liu giải thích thêm: “Thông qua quang phổ quang điện tử tia X, kính hiển vi lực thăm dò Kelvin, tính toán lý thuyết chức năng mật độ và các đặc tính khác, chúng tôi cho thấy (4-FBZA)2PbI4 phân hủy trong quá trình phát triển hạt perovskite, giải phóng 4-FBZA+”. “Đồng thời, 4-FBZA+ di chuyển đến giao diện, thụ động hóa các khiếm khuyết và ổn định mạng perovskite thông qua tương tác với FA+ và [PbI6]4-, đạt được sự sửa đổi giao diện của màng perovskite.”
Theo nhóm nghiên cứu, hạt tự phân hủy sẽ giải phóng ứng suất kéo có hại trong màng perovskite, cải thiện tuổi thọ của chất mang và thúc đẩy quá trình vận chuyển lỗ.
Các nhà khoa học đã thiết kế tế bào này với chất nền oxit thiếc indi (ITO), lớp vận chuyển điện tử (ETL) dựa trên oxit thiếc (SnO2), chất hấp thụ perovskite, lớp vận chuyển lỗ trống (HTL) dựa trên Spiro-OMeTAD và một tiếp xúc kim loại bạc (Ag).
Được thử nghiệm trong điều kiện chiếu sáng tiêu chuẩn, thiết bị đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 23,73%, điện áp mạch hở là 1,133 V, mật độ dòng điện ngắn mạch là 25,21 mA cm 2 và hệ số lấp đầy là 83,07%. Để so sánh, một thiết bị tham chiếu được thiết kế không có chiến lược hạt giống tự phân hủy được đề xuất đã đạt được hiệu suất 22,73%, điện áp mạch hở là 1,117 V, mật độ dòng điện ngắn mạch là 24,78 mA cm 2.
Nhóm nghiên cứu giải thích: “Các thiết bị được chế tạo bằng chiến lược này cho thấy độ ổn định độ ẩm lâu dài đáng khen ngợi, với các thiết bị không được đóng gói giữ lại 90% PCE ban đầu sau khi lão hóa trong hơn 2000 giờ trong không khí với độ ẩm tương đối 60%.
Khái niệm pin mặt trời mới đã được trình bày trong nghiên cứu “Pin mặt trời Perovskite với các hạt tự phân hủy mang lại hệ số lấp đầy 83,64%”, được công bố trên Nano Energy. Liu cho biết: “Nghiên cứu này mở rộng chiến lược hạt giống để giải quyết vấn đề sửa đổi giao diện và giải phóng ứng suất, giải quyết những thiếu sót của phương pháp gieo hạt truyền thống và mở rộng nghiên cứu hạt giống trong lĩnh vực pin mặt trời perovskite”.
Nhóm nghiên cứu bao gồm các học giả từ Đại học Dầu khí Tây Nam của Trung Quốc, Đại học Trùng Khánh, Trung tâm Khoa học và Công nghệ nano Quốc gia và nhà sản xuất mô-đun năng lượng mặt trời Trung Quốc Tongwei Solar Co., Ltd.
