Power Roll phát triển thiết bị năng lượng mặt trời perovskite tiếp xúc ngược hiệu suất 12,8%
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Sheffield của Anh và Power Roll, một công ty công nghệ quang điện mặt trời perovskite, đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng 12,8% trong các thiết bị không chứa indi dựa trên quy trình tiếp xúc ngược mới. Một quy trình phủ khuôn khe đã được chứng minh, tương thích với sản xuất cuộn sang cuộn.
Ảnh: Power Roll
Một nhóm nghiên cứu của Anh đã sử dụng lớp phủ khuôn khe để chế tạo các thiết bị mô-đun vi mô năng lượng mặt trời perovskite không chứa indi với hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên tới 12,8%, dựa trên công nghệ mới từ nhà sản xuất quang điện mặt trời Power Roll của Anh.
“Kể từ ấn phẩm trước của chúng tôi vào năm 2019, chúng tôi đã có những bước tiến đáng kể trong việc cải thiện hiệu suất của các mô-đun này”, Nathan Hill, tiêu đề Power Roll, nói với tạp chí pv, đề cập đến một bài báo Khoa học Môi trường Năng lượng mô tả các thiết bị PV perovskite được kết nối nối tiếp hiệu suất 2,63% dựa trên mười sáu rãnh vi mô hình chữ V rộng 1,6 μm.
Power Roll có một kỹ thuật tiếp xúc mặt sau mới lạ, phủ vật liệu perovskite lên một chất nền PET nhẹ, linh hoạt, được dập nổi bằng các rãnh nhỏ hoặc rãnh vi mô, có chiều rộng dưới 2 μm.
“Chúng tôi đã phát triển công nghệ bao gồm hơn 300 rãnh được kết nối nối tiếp, chứng minh hiệu suất chuyển đổi năng lượng trên 12%. Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là hiệu suất cao nhất được chứng minh đối với loại kiến trúc này trong một thiết bị PV perovskite”, Hill cho biết.
Thật vậy, theo “Các mô-đun pin mặt trời Perovskite tiếp xúc ngược được chế tạo thông qua lớp phủ khuôn rãnh dạng cuộn: Mở rộng quy mô hướng tới sản xuất”, được công bố trên ACS Applied Energy Materials, các thiết bị này có rãnh hình chữ U rộng 1,5 μm lần này và 362 trong số chúng được kết nối nối tiếp. Hiệu suất của chúng là 12,8% sau 7 phút thử nghiệm.
Các thành đối diện của kênh được phủ chọn lọc bằng các tiếp điểm chọn lọc điện tử hoặc lỗ loại n và p. Các rãnh này lần lượt được kết nối theo chuỗi để tạo thành các mô-đun siêu nhỏ hoặc tầng.
Trong nghiên cứu mới nhất với Đại học Sheffield, nhóm nghiên cứu đã sử dụng acrylic có thể đóng rắn bằng tia UV, một tiếp điểm loại n được tạo thành từ nhiều lớp oxit titan/thiếc(IV) buckminsterfullerene, trong khi tiếp điểm loại p dựa trên oxit niken/niken(II).
Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng perovskite là MAPbI3, trong đó MA đề cập đến methylammonium, CH3NH3+. Nó được lắng đọng bằng lớp phủ khuôn khe.
Cuộn phủ được cắt thành các phần nhỏ có kích thước khoảng 1,5 cm x 1,5 cm. Các nhà nghiên cứu cho biết "Mỗi phần cắt thường chứa khoảng 20 tầng, mỗi tầng bao gồm 362 rãnh được kết nối nối tiếp".
Theo Hill, để nghiên cứu các cơ chế cơ bản, cần có "góc nhìn mới" để mô tả đặc điểm. Bên cạnh việc sử dụng các công cụ như kính hiển vi điện tử quét (SEM), quang phổ UV-visible, tán xạ tia X góc rộng, nhóm nghiên cứu đã thực hiện huỳnh quang tia X (XRF) tiêu điểm nano tại Diamond Light Source, một cơ sở synchrotron có trụ sở tại Vương quốc Anh. Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng thiết bị lập bản đồ dòng điện quang mới tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia.
Bên cạnh các nhóm nghiên cứu đã đề cập ở trên, các nhà khoa học từ Đại học Swansea cũng tham gia.
Các thiết bị đã được thử nghiệm dưới 1 mặt trời bằng bộ mô phỏng năng lượng mặt trời AAA đã hiệu chuẩn. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng khi đặt bộ mô phỏng năng lượng mặt trời bên dưới trạm thăm dò với ánh sáng chiếu lên trên, có thể tạo ra dòng điện quang cho dù thiết bị được chiếu sáng từ phía trên hay qua chất nền. Chiếu sáng từ bên dưới mang lại hiệu suất ghi nhận cao hơn. Nhóm nghiên cứu cho biết "Điều này chỉ ra rằng các thiết bị rãnh có thể được coi là công nghệ hai mặt".
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh cách tiếp cận của họ tránh được "các nguyên tố khan hiếm" như indium, khiến nó trở thành giải pháp có chi phí thấp. "Hơn nữa, tất cả các quy trình phủ được khám phá ở đây đều được thực hiện bằng các kỹ thuật xử lý cuộn sang cuộn. Do đó, công nghệ của chúng tôi hoàn toàn có thể mở rộng quy mô và phù hợp với sản xuất thông lượng cao, chi phí thấp".
"Mặc dù bài báo này tập trung vào các tiểu mục nhỏ để khám phá các chức năng cơ bản của kiến trúc Power Roll, chúng tôi vẫn tiếp tục phát triển và trình diễn các đơn vị diện tích lớn, theo thứ tự 10 cm × 10 cm, tại cơ sở của chúng tôi ở phía Đông Bắc Vương quốc Anh", Hill cho biết khi bình luận về các bước tiếp theo. "Các đơn vị này chứa hơn 55.000 rãnh và chúng tôi đang nỗ lực mở rộng công nghệ này sang các mô-đun thậm chí còn lớn hơn".
