Năng lượng mặt trời không chỉ là công nghệ năng lượng phát triển nhanh nhất trong lịch sử gần đây mà còn là một trong những nguồn năng lượng rẻ nhất và có tác động lớn nhất trong việc giảm phát thải khí nhà kính.
Mẫu perovskite 2D. Nhà cung cấp hình ảnh: Jeff Fitlow/Đại học Rice
Một nghiên cứu của Đại học Rice được đăng trên trang bìa của tạp chí Khoa học mô tả cách tổng hợp iodua chì formamidinium (FAPbI 3 )—loại tinh thể hiện được sử dụng để tạo ra pin mặt trời perovskite hiệu suất cao nhất—thành màng quang điện chất lượng cao, siêu ổn định. Hiệu suất tổng thể của pin mặt trời FAPbI 3 thu được giảm dưới 3% sau hơn 1.000 giờ hoạt động ở nhiệt độ 85 độ C (185 độ F).
Kỹ sư Aditya Mohite của Rice, người có phòng thí nghiệm đã đạt được những cải tiến tiến bộ về độ bền và hiệu suất của perovskites trong nhiều năm qua, cho biết: “Hiện tại, chúng tôi nghĩ rằng đây là công nghệ tiên tiến về độ ổn định”. "Pin mặt trời Perovskite có tiềm năng cách mạng hóa việc sản xuất năng lượng, nhưng để đạt được sự ổn định lâu dài là một thách thức đáng kể."
Với bước đột phá gần đây nhất này, Mohite và các cộng tác viên đã đạt được một cột mốc quan trọng hướng tới việc đưa quang điện perovskite sẵn sàng ra thị trường. Điều quan trọng là "gia vị" giải pháp tiền thân FAPbI 3 bằng cách rắc perovskites hai chiều (2D) được thiết kế đặc biệt. Chúng đóng vai trò như một khuôn mẫu hướng dẫn sự phát triển của perovskite số lượng lớn/3D, cung cấp thêm khả năng nén và độ ổn định cho cấu trúc mạng tinh thể.
Isaac Metcalf, sinh viên tốt nghiệp ngành khoa học vật liệu và kỹ thuật nano của Rice và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Tinh thể Perovskite bị phá vỡ theo hai cách: về mặt hóa học – phá hủy các phân tử tạo nên tinh thể – và về mặt cấu trúc – sắp xếp lại các phân tử để tạo thành một tinh thể khác”. nghiên cứu.
"Trong số các tinh thể khác nhau mà chúng tôi sử dụng trong pin mặt trời, tinh thể ổn định nhất về mặt hóa học cũng là tinh thể kém ổn định nhất về mặt cấu trúc và ngược lại. FAPbI 3 nằm ở đầu không ổn định về mặt cấu trúc của quang phổ đó."
Mặc dù ổn định hơn FAPbI 3 cả về mặt hóa học và cấu trúc, nhưng perovskite 2D thường không thu được ánh sáng tốt, khiến chúng trở thành lựa chọn vật liệu kém cho pin mặt trời.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng perovskite 2D được sử dụng làm mẫu để phát triển màng FAPbI 3 có thể mang lại sự ổn định cho màng FAPbI 3 sau này. Để kiểm tra ý tưởng này, họ đã phát triển bốn loại perovskite 2D khác nhau—hai loại có cấu trúc bề mặt gần như không thể phân biệt được với FAPbI 3 và hai loại kém tương thích hơn—và sử dụng chúng để tạo ra các công thức màng FAPbI 3 khác nhau.
Metcalf cho biết: “Việc bổ sung các tinh thể 2D phù hợp tốt giúp các tinh thể FAPbI 3 hình thành dễ dàng hơn, trong khi các tinh thể 2D kém phù hợp thực sự khiến nó khó hình thành hơn, xác nhận giả thuyết của chúng tôi”.
"Phim FAPbI 3 được tạo khuôn bằng tinh thể 2D có chất lượng cao hơn, thể hiện ít sự rối loạn bên trong hơn và thể hiện phản ứng mạnh hơn với ánh sáng, nghĩa là hiệu quả cao hơn."
Isaac Metcalf là sinh viên tốt nghiệp ngành khoa học vật liệu và kỹ thuật nano tại Đại học Rice và là tác giả chính của một nghiên cứu được đăng trên trang bìa của Science. Nhà cung cấp hình ảnh: Jeff Fitlow/Đại học Rice
Các mẫu tinh thể 2D không chỉ cải thiện hiệu quả của pin mặt trời FAPbI 3 mà còn cả độ bền của chúng. Trong khi pin mặt trời không có tinh thể 2D bị suy giảm đáng kể sau hai ngày tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời trong không khí thì pin mặt trời có mẫu 2D không bắt đầu xuống cấp ngay cả sau 20 ngày. Bằng cách thêm lớp đóng gói vào pin mặt trời tạo khuôn 2D, độ ổn định đã được cải thiện hơn nữa trong khoảng thời gian đạt đến mức phù hợp về mặt thương mại.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
