Pin mặt trời perovskite-silicon mới vượt qua giới hạn hiệu suất
Charles Blue, Phys.org
Pin mặt trời perovskite màng mỏng và pin mặt trời perovskite trên silicon. Vật liệu perovskite có thể được điều chỉnh để tận dụng các phần của quang phổ mặt trời mà vật liệu quang điện silicon không thể sử dụng hiệu quả, nghĩa là chúng là những đối tác lai-tandem tuyệt vời. Cũng có thể kết hợp hai pin mặt trời perovskite có thành phần khác nhau để tạo ra pin mặt trời perovskite-perovskite tandem. Pin mặt trời perovskite-perovskite tandem có thể đặc biệt cạnh tranh trong các lĩnh vực di động, ứng phó thảm họa và hoạt động quốc phòng, vì chúng có thể được chế tạo thành các thiết bị linh hoạt, nhẹ với tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao. Nguồn: Bộ Năng lượng Hoa Kỳ
Các tế bào quang điện silicon thương mại đã có những cải thiện đáng kể về hiệu suất trong thập kỷ qua, tăng từ khoảng 15% hiệu suất vào năm 2015 lên gần 25% vào năm 2025.
Trong nỗ lực vượt qua các giới hạn hiệu suất trước đây, các nhà nghiên cứu đang chuyển từ các thiết kế hoàn toàn dựa trên silicon sang khám phá tiềm năng bổ sung một lớp perovskite đơn lớp tự lắp ráp lên trên một tế bào quang điện silicon truyền thống. Thiết kế song song này đã cho thấy nhiều triển vọng, nhưng các nhà nghiên cứu vẫn đang gặp khó khăn trong việc kiểm soát chính xác độ dày và hướng của vật liệu đơn lớp tự lắp ráp (SAM).
Trong một bài báo mới được công bố trên tạp chí Nature, một nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã mô tả phương pháp tiếp cận sáng tạo của họ trong việc kiểm soát các đặc tính của vật liệu đơn lớp tự lắp ráp (SAM), cho phép họ đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng 34,58% trong thiết kế tế bào quang điện song song silicon-perovskite.
Sự đổi mới này dựa trên việc các nhà nghiên cứu phát triển một kỹ thuật cho phép các phân tử perovskite tự lắp ráp trên một lớp oxit trong suốt. Thiết kế SAM này, được gọi là HTL201, có một số đặc tính ưu việt, bao gồm khả năng hấp thụ ký sinh thấp (nghĩa là có nhiều photon hơn để sản xuất năng lượng) và khả năng chiết xuất nhanh chóng.
Quá trình này tạo thành một lớp đơn dày đặc hơn, đồng đều hơn trên lớp oxit dẫn điện trong suốt, cho phép tương tác mạnh hơn giữa HTL201 và màng perovskite.
Trong các thử nghiệm trên mẫu vuông có diện tích một cm2 trong điều kiện chiếu sáng tiêu chuẩn, thiết kế pin mặt trời mới đã đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 34,58%.
Vật liệu nền perovskite, như vật liệu do nhóm nghiên cứu này phát triển, rất tốt trong việc hấp thụ ánh sáng mặt trời và thậm chí còn vượt trội hơn silicon ở bước sóng xanh lam và xanh lục. Chúng cũng có giá thành sản xuất tương đối rẻ.
Mặc dù thiết kế mới có thể đạt được hiệu suất đáng kể, nhưng các nhà nghiên cứu chưa tìm hiểu các phương pháp để mở rộng quy trình của họ. Các thử nghiệm cũng được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm, không tính đến tác động của độ ẩm và nhiệt độ. Nhiệt độ được biết là làm hạn chế đáng kể hiệu suất của pin mặt trời silicon.
Với sự phát triển của các TSC perovskite/silicon hiệu quả và ổn định hơn, phương pháp này có tiềm năng giảm chi phí năng lượng mặt trời và đẩy nhanh việc áp dụng các giải pháp năng lượng tái tạo thay thế.
Các nhà nghiên cứu viết trong bài báo của họ: "Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp các giải pháp kỹ thuật quan trọng để phát triển các vật liệu SAM mới và thúc đẩy hơn nữa hiệu suất song song silicon-perovskite."
Bài viết này được viết cho bạn bởi tác giả Charles Blue, biên tập bởi Sadie Harley, và được Andrew Zinin kiểm tra thực tế và thẩm định—bài viết này là kết quả của quá trình làm việc cẩn thận của con người. Chúng tôi dựa vào những độc giả như bạn để duy trì báo chí khoa học độc lập. Nếu bài viết này quan trọng với bạn, vui lòng cân nhắc đóng góp (đặc biệt là hàng tháng). Bạn sẽ nhận được một tài khoản không có quảng cáo như một lời cảm ơn.
Thông tin thêm: Lingbo Jia và cộng sự, Kết hợp perovskite/silicon hiệu quả với phân tử tự lắp ráp bất đối xứng, Nature (2025).DOI: 10.1038/s41586-025-09333-z
Thông tin tạp chí: Nature
