Polymer p-doping cải thiện độ ổn định của pin mặt trời perovskite
Ảnh: Miền công cộng CC0
Pin mặt trời perovskite đã thu hút một lượng lớn sự chú ý nghiên cứu như là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho pin mặt trời dựa trên silicon thông thường, do hiệu quả của chúng trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Pin mặt trời perovskite là sự kết hợp giữa vật liệu hữu cơ và vô cơ và bao gồm một lớp thu ánh sáng và một lớp vận chuyển điện tích.
Tuy nhiên, các vấn đề về tính ổn định đã cản trở việc thương mại hóa và sử dụng rộng rãi PSC, và việc đạt được sự ổn định trong hoạt động đã trở thành lời kêu gọi tập hợp của các nhà khoa học trong lĩnh vực này. Giờ đây, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Michael Grätzel tại EPFL và Xiong Li tại Trung tâm pin mặt trời trung mô Michael Grätzel ở Vũ Hán (Trung Quốc) đã phát triển một kỹ thuật giải quyết các mối lo ngại về tính ổn định và tăng hiệu quả của PSC.
Các nhà nghiên cứu đã đưa dẫn xuất fullerene có chức năng axit phosphonic vào lớp vận chuyển điện tích của PSC dưới dạng "bộ điều biến ranh giới hạt", giúp củng cố cấu trúc tinh thể perovskite và tăng khả năng chống chịu của PSC đối với các tác nhân gây áp lực từ môi trường như nhiệt và độ ẩm.
Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một polyme gốc hoạt tính oxi hóa khử có tên là poly (muối oxoammonium) có tác dụng "pha tạp p" hiệu quả đối với vật liệu vận chuyển lỗ trống—một thành phần quan trọng của PSC. Polyme, hoạt động như một "p-dopant", cải thiện tính dẫn điện và tính ổn định của vật liệu vận chuyển lỗ trống, một thành phần quan trọng của tế bào.
Quá trình "pha tạp p" liên quan đến việc đưa các hạt mang điện tích điện tích di động vào vật liệu để cải thiện tính dẫn điện và độ ổn định của nó, đồng thời trong trường hợp này đã giảm thiểu sự khuếch tán của các ion lithium, một vấn đề chính góp phần gây ra sự mất ổn định trong hoạt động của PSC.
Với kỹ thuật mới, các nhà khoa học đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 23,5% đối với các PSC nhỏ và 21,4% đối với các "mô-đun nhỏ" lớn hơn. Những hiệu quả này có thể so sánh với pin mặt trời truyền thống, với lợi thế bổ sung là độ ổn định được cải thiện cho PSC. Pin mặt trời giữ lại 95,5% hiệu suất ban đầu sau hơn 3200 giờ tiếp xúc liên tục với ánh sáng mặt trời mô phỏng duy trì nhiệt độ ở 75°C trong toàn bộ thời gian, một cải tiến đáng kể so với các thiết kế PSC trước đây.
Cách tiếp cận mới có thể cách mạng hóa việc sử dụng PSC, giúp chúng có thể tiếp cận được để sử dụng trên quy mô lớn hơn. Các nhà nghiên cứu tin rằng kỹ thuật của họ có thể dễ dàng mở rộng quy mô cho sản xuất công nghiệp và có khả năng được sử dụng để tạo ra các mô-đun PSC ổn định, hiệu quả cao.
Các phát hiện được công bố trên tạp chí Khoa học.
