Thoát khỏi phòng thí nghiệm dưới ánh sáng mặt trời: Nghiên cứu kiểm tra độ bền của pin mặt trời perovskite ngoài trời
Nhà khoa học cấp cao Tim Silverman kiểm tra các kết nối dây trên các mô-đun nhỏ PACT tại Cơ sở thử nghiệm ngoài trời ở NREL. Nhà cung cấp hình ảnh: Werner Slocum, NREL
Pin mặt trời Perovskite (PSC) là loại pin quang điện mặt trời (PV) thế hệ tiếp theo đầy hứa hẹn với hiệu suất cao và chi phí sản xuất thấp so với silicon. Tuy nhiên, một trong những thách thức chính đối với việc áp dụng rộng rãi PSC là tính ổn định và độ bền.
Nghiên cứu mới xem xét cơ chế phân hủy của PSC dưới ánh sáng mặt trời không được lọc ở ngoài trời so với các điốt phát sáng được sử dụng rộng rãi.
Nghiên cứu có tiêu đề "Các lớp vận chuyển lỗ liên kết mạnh làm giảm sự suy giảm tia cực tím của pin mặt trời Perovskite" đã được xuất bản trên tạp chí Khoa học và phát hiện ra rằng một vật liệu polymer lai đặc biệt được tổng hợp như một phần của công việc này và được đặt trong tế bào perovskite đã giúp duy trì hiệu suất cao và cải thiện độ ổn định tia cực tím (UV) trong thử nghiệm ngoài trời.
Nhóm các nhà nghiên cứu xuyên quốc gia thực hiện nghiên cứu này do Đại học Bắc Carolina ở Đồi Chapel dẫn đầu với sự hỗ trợ của Trường Mỏ Colorado; Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia (NREL); Đại học California, San Diego; và Đại học Toledo.
Một thành phần quan trọng của nghiên cứu này là việc xác minh độc lập các kết quả của trung tâm Máy gia tốc quang điện Perovskite cho công nghệ thương mại hóa (PACT) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE).
Xác định lý do độ bền của perovskite giữa phòng thí nghiệm và ngoài trời
Hầu hết thử nghiệm PSC diễn ra trong môi trường được kiểm soát của phòng thí nghiệm sử dụng điốt phát sáng làm nguồn sáng. Để đẩy nhanh quá trình thương mại hóa PSC, cần phải thử nghiệm hiệu suất ngoài trời trong thế giới thực để hiểu các cơ chế cơ bản của sự suy giảm nhiệt độ và ánh sáng mặt trời.
Điều kiện ngoài trời khác với việc theo dõi điểm công suất tối đa hoặc ánh sáng trong nhà theo một số cách. Nhiệt độ, bức xạ và cường độ tia UV liên tục thay đổi ngoài trời. Màng mỏng Perovskite có thể phân hủy khi chúng phản ứng với độ ẩm và oxy hoặc khi chúng tiếp xúc với ánh sáng, nhiệt hoặc điện áp trong thời gian dài.
Silverman cài đặt mô-đun nhỏ PACT tại Cơ sở thử nghiệm ngoài trời tại NREL. Nhà cung cấp hình ảnh: Werner Slocum, NREL
Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu cơ chế phân hủy do ánh sáng tia cực tím gây ra trong các PSC có cấu trúc p-i-n bằng vật liệu vận chuyển lỗ lai hữu cơ (HTM) và phát triển một phương pháp nhằm thu hẹp khoảng cách giữa độ bền trong nhà và ngoài trời.
Trong pin mặt trời perovskite, một điện trường sẽ phân tách và đẩy các cặp lỗ điện tử được tạo ra từ ánh sáng mặt trời chiếu vào thiết bị ra khỏi vật liệu bán dẫn hấp thụ để tạo ra điện. Lớp vận chuyển thu thập và di chuyển các electron hoặc lỗ trống từ lớp perovskite đến các điện cực, cho phép dòng điện chạy qua.
Các nhà nghiên cứu xác định rằng liên kết hóa học yếu giữa lớp perovskite, lớp polymer HTM và lớp oxit dẫn điện trong suốt (TCO) được cho là chiếm ưu thế trong quá trình xuống cấp. Điều này gây ra sự xuống cấp của PSC dưới ánh sáng mặt trời với các thành phần UV mạnh.
Tập trung vào liên kết hóa học yếu, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng một loại polyme tổng hợp đã được tìm thấy có khả năng tăng cường liên kết hóa học ở vùng perovskite/HTM/TCO.
Lớp HTM lai này đã được xác minh độc lập tại trung tâm PACT và mô-đun vô địch đã chứng minh giai đoạn đầu mà hiệu suất hoạt động tăng vài phần trăm lên khoảng 16%. Sau 29 tuần thử nghiệm ngoài trời, hiệu suất hoạt động vẫn đạt trên 16%.
Tăng tốc vật liệu perovskite mới bằng thử nghiệm và đánh giá của trung tâm PACT
Vào năm 2021, Văn phòng Công nghệ Năng lượng Mặt trời DOE (SETO) đã thành lập trung tâm PACT để bắt đầu các tiêu chuẩn thử nghiệm và đánh giá nhằm đánh giá và xác nhận các tuyên bố về hiệu suất cũng như độ tin cậy đối với công nghệ PV perovskite đang phát triển nhanh chóng.
Laura Schelhas, nhà nghiên cứu hóa học, phó giám đốc NREL cho biết: “Chúng tôi tin rằng đây là minh chứng đầu tiên được công bố về hiệu suất ngoài trời cho thấy các mô-đun mini perovskite có diện tích lớn hơn 15 cm2 có hiệu suất khẩu độ đo được trên 16% sau 29 tuần thử nghiệm ngoài trời”. của PACT và trưởng nhóm độ tin cậy của PACT.
"Trình diễn trong thế giới thực là một bước quan trọng hướng tới thương mại hóa và chúng tôi hy vọng bằng cách PACT cung cấp những khả năng này, các nhà nghiên cứu và công ty có thể tận dụng dữ liệu này để cải thiện độ tin cậy."
Việc cung cấp các quy trình thử nghiệm giống như các quy trình do trung tâm PACT phát triển sẽ giúp phát triển một sân chơi công bằng và bình đẳng cho ngành công nghiệp PV perovskite mới nổi.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
