Quy trình đơn giản kéo dài tuổi thọ của pin mặt trời perovskite
Nghiên cứu được tiến hành tại Trung tâm Đổi mới Năng lượng Mới. Nguồn: CINE
Một nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Liên bang ABC (UFABC), tại tiểu bang São Paulo, Brazil, đưa ra một cách mới để giảm thiểu sự xuống cấp nhanh chóng của pin mặt trời perovskite. Vấn đề hạn chế việc sử dụng các thiết bị này trong cuộc sống hàng ngày đã thách thức các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này tìm ra các giải pháp khả thi.
Pin mặt trời perovskite là một công nghệ quang điện rất hứa hẹn. Chúng hiệu quả như pin silicon và có chi phí sản xuất thấp hơn. Ngoài ra, chúng nhẹ, linh hoạt và bán trong suốt, mở ra nhiều khả năng cho các ứng dụng như cửa sổ, quần áo hoặc lều có thể tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời.
Tuy nhiên, việc thương mại hóa các loại pin này bị cản trở do độ bền thấp do vật liệu perovskite bị xuống cấp khi tiếp xúc với độ ẩm và điều kiện nhiệt độ môi trường trong quá trình sản xuất và sử dụng. Sự xuống cấp này ảnh hưởng đến hiệu suất của các thiết bị theo thời gian và do đó ảnh hưởng đến độ bền của chúng.
Trong một bài báo đăng trên tạp chí Solar Energy Materials and Solar Cells, nhóm nghiên cứu UFABC mô tả một quy trình độc đáo ở chỗ nó có thể được thực hiện mà không cần kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ nghiêm ngặt như trong các phòng thí nghiệm chuyên nghiên cứu các thiết bị này.
"Các tế bào năng lượng mặt trời trong nghiên cứu này được tạo ra trong điều kiện môi trường xung quanh, không cần kiểm soát độ ẩm lớn, điều này có thể phù hợp hơn với điều kiện chuẩn bị công nghiệp", Giáo sư André Sarto Polo, điều phối viên nghiên cứu và là thành viên của Trung tâm Đổi mới Năng lượng Mới (CINE), giải thích.
Điều chỉnh thành phần
Họ perovskite bao gồm các vật liệu có thành phần hóa học khác nhau. Tất cả chúng đều có chung cấu trúc là các ion tích điện dương (cation) và các ion tích điện âm (anion). Perovskite dựa trên cation methylammonium (MA+) và formamidinium (FA+) là những vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất để sử dụng trong pin mặt trời.
Trong nghiên cứu mới này, các tác giả đã kết hợp lượng cation formamidinium ngày càng tăng vào perovskite dựa trên methylammonium, mô tả đặc điểm của từng vật liệu thu được và lắp ráp pin mặt trời bằng chúng. Quá trình sản xuất và đặc tính hóa vật liệu và thiết bị được thực hiện trong môi trường có độ ẩm tương đối từ 40% đến 60%.
Để kiểm tra độ ổn định của chúng, các tế bào quang điện này được tiếp xúc với nhiệt độ và độ ẩm môi trường trong 90 ngày. Trong thời gian này, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu một cách có hệ thống các đặc tính của tất cả các thiết bị nhằm xác định ảnh hưởng của việc bổ sung formamidinium đến hiệu suất của các tế bào quang điện.
Trong khi các tế bào quang điện không có FA+ cho thấy hiệu suất giảm mạnh ngay sau khi lắp ráp và ngừng hoạt động sau 30 ngày, các tế bào có hơn 25% FA+ vẫn duy trì hiệu suất 80% sau 90 ngày.
"Công trình này chứng minh cách kết hợp các cation FA+ vào perovskite gốc MA+ làm tăng độ bền của các tế bào quang điện perovskite được chế tạo và đo lường trong điều kiện môi trường xung quanh", Polo tóm tắt.
Theo ông, điều này là do việc bổ sung formamidinium làm tăng kích thước của các hạt tạo nên cấu trúc tinh thể của perovskite, làm giảm chiều dài tổng thể của các cạnh. Vì các cạnh là điểm tích tụ độ ẩm nên perovskite ít bị phân hủy hơn và pin mặt trời duy trì hiệu suất tốt trong thời gian dài hơn.
Nghiên cứu được thực hiện trong quá trình học tiến sĩ của Lucas Polimante mở ra triển vọng phát triển các pin mặt trời perovskite bền hơn có thể được sản xuất với chi phí thấp hơn và trong điều kiện thân thiện hơn với môi trường.
Thông tin thêm: Lucas Polimante và cộng sự, Tăng cường độ ổn định của pin mặt trời perovskite gốc methylammonium được chế tạo trong điều kiện môi trường xung quanh bằng cách thêm các cation formamidinium, Vật liệu năng lượng mặt trời và pin mặt trời (2025). DOI: 10.1016/j.solmat.2025.113522
Thông tin tạp chí: Vật liệu năng lượng mặt trời và tế bào năng lượng mặt trời
Được cung cấp bởi FAPESP
