Sử dụng tinh thể lỏng nhiệt hướng để nâng cao hiệu quả và tính ổn định của mô-đun năng lượng mặt trời perovskite
Tín dụng: Yang và cộng sự.
Các tấm pin mặt trời và quang điện (PV) đang ngày càng trở nên phổ biến, góp phần vào những nỗ lực không ngừng nhằm mục đích sản xuất điện khử cacbon. Pin mặt trời dựa trên perovskites, một loại khoáng chất có thể tận dụng các phần của quang phổ mặt trời, gần đây đã đạt được hiệu suất và độ ổn định chuyển đổi năng lượng rất hứa hẹn.
Bất chấp những kết quả đáng khích lệ này, cho đến nay, việc mở rộng quy mô pin mặt trời perovskite vẫn tỏ ra là một thách thức. Thông thường, hiệu quả của chúng dường như giảm đáng kể khi diện tích bề mặt của chúng tăng lên.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Northwestern, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hóa học (EPFL) và các viện nghiên cứu khác trên toàn thế giới gần đây đã giới thiệu một chiến lược thiết kế mới có thể giúp cải thiện hiệu quả và độ ổn định của các mô-đun năng lượng mặt trời perovskite. Phương pháp được đề xuất của họ, được nêu trong Năng lượng tự nhiên, đòi hỏi phải bổ sung các tinh thể lỏng nhiệt hướng để bảo vệ pin mặt trời khỏi các yếu tố căng thẳng của môi trường và cải thiện độ ổn định của chúng.
Tiến sĩ Yi Yang và Mohammad Khaja Nazeeruddin, đồng tác giả của bài báo, nói với Tech Xplore: “Bài báo gần đây của chúng tôi xuất phát từ nhu cầu ngày càng tăng về các mô-đun năng lượng mặt trời perovskite hiệu quả và ổn định”.
"Chúng tôi mong muốn giải quyết những thách thức mà các nỗ lực nghiên cứu trước đây phải đối mặt, dựa trên những hiểu biết sâu sắc từ những tiến bộ trong khoa học vật liệu và quang điện. Mục tiêu chính của chúng tôi là phát triển phương pháp chế tạo giúp nâng cao hiệu quả và độ ổn định, vượt qua các ranh giới của công nghệ năng lượng mặt trời perovskite."
Các nghiên cứu trước đây khám phá việc sử dụng tinh thể lỏng để bảo vệ pin mặt trời perovskite thường sử dụng chúng làm vật liệu thụ động và vận chuyển lỗ thông thường. Những nghiên cứu này đã bỏ qua các đặc tính hướng nhiệt của những tinh thể này, hay nói cách khác là chuyển động của chúng trước sự thay đổi nhiệt độ và nhiệt độ.
Tiến sĩ Yang, Tiến sĩ Nazeeruddin và các đồng nghiệp của họ bắt đầu phát triển một chất phụ gia mới tận dụng các đặc tính nhiệt nhiệt này. Chiến lược đề xuất của họ ngăn chặn sự kết tinh bay hơi điển hình của các chất phụ gia thông thường và hậu quả là sự tích tụ tinh thể tại các bề mặt, cuối cùng đảm bảo sự thụ động đồng đều của màng perovskite diện tích lớn.
Tiến sĩ Yang và Tiến sĩ Nazeeruddin cho biết: “Các chất phụ gia trước đây có xu hướng kết tụ trong màng perovskite trong quá trình đồng kết tủa trong quá trình bay hơi dung môi, ngăn cản sự chuyển động của các chất mang điện”. “Điều này khiến chúng tôi đưa ra một giả thuyết: khám phá các phương pháp xử lý thay thế ngoài phương pháp kết tủa và kết tinh bay hơi thường được sử dụng có thể có khả năng làm giảm các khuyết tật và sự hiện diện của các tạp chất cách điện.”
Nghiên cứu gần đây của các nhà nghiên cứu cho thấy rằng do quá trình chuyển pha do nhiệt gây ra, các tinh thể lỏng hướng nhiệt có thể tránh được sự kết tụ liên quan đến các chất phụ gia tinh thể lỏng được đề xuất trước đó. Về cơ bản, chúng sẽ vẫn ở dạng lỏng ngay cả khi perovskites đông đặc lại, do đó tạo điều kiện cho sự di chuyển của các chất mang điện trong mô-đun năng lượng mặt trời trong thời gian dài hơn.
Các nhà nghiên cứu giải thích: “Sự khuếch tán hiệu quả trong hệ thống chất lỏng-rắn hỗn hợp cho phép các phân tử tinh thể lỏng phân bố đồng đều khắp màng để thụ động đồng nhất các khuyết tật”.
