Các nhà nghiên cứu đã phát triển một chiến lược điều chỉnh nhiệt để cải thiện hiệu suất của công nghệ perovskite thiếc-chì đảo ngược cho pin mặt trời song song toàn perovskite. Nó có hiệu suất 23,4% và góp phần mang lại hiệu suất 27,2% trong tế bào song song đồng thời đảm bảo sự ổn định.
Ô trên cùng cho thiết bị PV song song
Hình ảnh: Đại học Toronto, Truyền thông Tự nhiên, Giấy phép Creative Commons CC BY 4.0
Một nhóm nghiên cứu người Canada gốc Hoa đã thiết kế pin mặt trời song song toàn perovskite nguyên khối sử dụng thiết bị PV perovskite đảo ngược phía trên dựa trên chất hấp thụ được chế tạo bằng perovskite hỗn hợp thiếc-chì (Sn-Pb) thông qua chiến lược điều chỉnh nhiệt mới được phát triển.
Các tế bào perovskite đảo ngược có cấu trúc thiết bị được gọi là “pin”, trong đó tiếp điểm chọn lọc lỗ p nằm ở dưới cùng của lớp perovskite nội tại i với lớp vận chuyển điện tử n ở trên cùng. Các tế bào perovskite halogenua thông thường có cấu trúc tương tự nhưng đảo ngược – bố cục “nip”. Trong kiến trúc nip, pin mặt trời được chiếu sáng qua phía lớp vận chuyển điện tử (ETL); trong cấu trúc chốt, nó được chiếu sáng qua bề mặt lớp vận chuyển lỗ (HTL).
Các nhà khoa học cho biết phương pháp tiếp cận của họ bao gồm cải thiện độ ổn định nhiệt và quá trình oxy hóa dễ dàng của Sn bằng cách kết hợp carboranes trong vật liệu perovskite. Các hợp chất này, còn được gọi là dicarba-closo-dodecaboranes, là các cụm được định vị bằng electron bao gồm các nguyên tử boron, carbon và hydro có khả năng truyền nhiệt.
Họ cho biết: “Carborane là các phân tử carbon-boron được định vị bằng electron với sự chồng chéo đáng kể giữa các quỹ đạo nguyên tử của các nguyên tử lân cận, cho phép các electron chuyển động tự do và trải rộng trên một vùng lớn hơn bên trong vật liệu”. “Đặc tính của quá trình định vị điện tử cho phép chúng cải thiện tính dẫn nhiệt và vận chuyển chất mang hiệu quả.”
Nhóm đã chọn loại carborane được gọi là ortho-carborane (o-CB, C2B10H12) và cho biết nó có khả năng truyền nhiệt và ổn định hóa học “đặc biệt”. Nó được đặt trong tế bào để ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa perovskite và lớp PEDOT: PSS (HTL) nhằm ngăn chặn sự xuống cấp ở nhiệt độ cao.
Pin mặt trời phía trên được chế tạo với chất nền làm từ oxit thiếc indi (ITO), lớp vận chuyển lỗ trống (HTL) dựa trên PEDOT:PSS, chất hấp thụ perovskite, lớp vận chuyển điện tử (ETL) dựa trên Buckminsterfullerene (C60), một lớp đệm oxit thiếc (SnO2) và tiếp xúc bằng kim loại bạc (Ag).
Thông qua tính toán lý thuyết chức năng mật độ (DFT), các học giả phát hiện ra rằng ortho-carborane và perovskite có thể kết hợp ổn định và các phép đo quang phổ quang điện tử cực tím (UPS) tiếp theo đã xác nhận mức năng lượng bề mặt được cải thiện của chất hấp thụ.
Họ giải thích: “Giới hạn tối đa của dải hóa trị của màng perovskite đã chuyển từ –5,42 sang –5,31 eV sau khi xử lý ortho-carborane, làm cho dải hóa trị của nó được bù đắp bằng quỹ đạo phân tử chiếm tỷ lệ cao nhất của PEDOT:PSS nhỏ hơn và giảm sự tái hợp giữa các bề mặt”.
Pin mặt trời vô địch được chế tạo với cấu hình này đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 23,4%, điện áp mạch hở là 0,877 V, mật độ dòng điện ngắn mạch là 32,19 mA cm2 và hệ số lấp đầy là 82,9%. Người ta cũng nhận thấy thiết bị này vẫn giữ được 90% hiệu suất ban đầu sau 1.000 giờ. Để so sánh, một tế bào không được xử lý bằng carborane chỉ giữ được 62% hiệu suất ban đầu sau 400 giờ.
Sau đó, tế bào này được tích hợp như một thiết bị hàng đầu trong pin mặt trời toàn perovskite được tích hợp nguyên khối dựa trên các tế bào phía dưới làm từ Sn-Pb perovskite. Tế bào song song có thể đạt được hiệu suất 27,2%, điện áp mạch hở 2,16 V, mật độ dòng điện ngắn mạch 15,6 mA/cm2 và hệ số lấp đầy là 81%.
Nhóm cho biết: “Chúng tôi đã thử nghiệm thêm tính ổn định của pin mặt trời song song được đóng gói dưới sự chiếu sáng mô phỏng một mặt trời tại MPP”. Động cơ song song nguyên sơ vẫn giữ được 87% hiệu suất ban đầu sau 704 giờ hoạt động liên tục.”
Khái niệm pin mặt trời mới đã được giới thiệu trong nghiên cứu “Điều chỉnh nhiệt bền vững giúp cải thiện tính ổn định và hiệu quả trong pin mặt trời song song hoàn toàn perovskite”, được công bố gần đây trên Báo cáo khoa học. Nhóm nghiên cứu bao gồm các học giả từ Đại học Toronto ở Canada và Đại học Khoa học và Công nghệ Thanh Đảo ở Trung Quốc.
Một nhóm nghiên cứu khác tại Đại học Toronto gần đây đã công bố pin mặt trời ba lớp perovskite hiệu suất 25,1%, được cho là cho thấy sự đồng nhất hóa được cải thiện của màng perovskite halogenua.
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
