Thiết kế đảo ngược giúp tăng 22,3% hiệu suất pin mặt trời

Các nhà khoa học tìm ra cách kéo dài tuổi thọ và nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng của tế bào quang điện perovskite.

Các nhà nghiên cứu Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST), Arab Saudi và Đại học Toronto, Canada gần đây đã tìm được cách tối ưu hóa hiệu quả của pin perovskite, khi giới thiệu một thiết kế đảo ngược mới cho phép tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên 22,3% (gần bằng con số 25,2% của các perovskite cấu trúc thông thường), đồng thời vẫn cho tuổi thọ hoạt động dài.

Xiaopeng Zheng, trưởng nhóm nghiên cứu cùng các đồng nghiệp đã bổ sung một lượng nhỏ các phối tử alkylamine (AALs) với độ dài mạch khác nhau vào vật liệu perovskite. Điều này cho phép họ thay đổi một số tính chất của vật liệu, dẫn đến hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn đáng kể so với những đặc tính thường thấy trong pin tế bào quang điện perovskite hiện có.

"Chúng tôi nhận thấy chỉ một lượng nhỏ alkylamine thêm vào quá trình chế tạo là đủ để nâng cấp các tính chất của vật liệu bán dẫn perovskite như tăng định hướng hạt tinh thể; giảm mật độ trạng thái bẫy (trạng thái các hạt mang điện bị kẹt trong hệ thống và không tham gia vận chuyển điện tích); giảm sự tái kết hợp không bức xạ chất mang điện tích; tăng cường khả năng vận chuyển, độ dài khuếch tán và ức chế sự di chuyển ion trong perovskite", Yi Hou, một thành viên trong nhóm nghiên cứu giải thích.

Các thử nghiệm cho thấy tế bào quang điện perovskite cấu trúc đảo ngược mới có thể hoạt động trong hơn 1.000 giờ dưới ánh sáng AM1.5, mô phỏng điều kiện ánh sáng mặt trời trung bình trên mặt đất.

"Trong giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu, chúng tôi sẽ xem xét các phương pháp sản xuất tế bào quang điện perovskite để tạo ra các thiết bị diện tích lớn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất và tính ổn định", nhóm nghiên cứu cho biết trên tạp chí Nature Energy.

Các tế bào quang điện (PV), tạo ra năng lượng từ ánh sáng mặt trời, rất hữu ích trong việc giải quyết cuộc khủng hoảng môi trường hiện nay. Trong nỗ lực phát triển các tấm pin mặt trời hiệu quả nhất, một loại pin màng mỏng mới, làm từ chất bán dẫn perovskite, trong những năm gần đây nổi lên như một công nghệ hàng đầu cho tương lai của ngành năng lượng.

Perovskite là vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể, cho hiệu quả vượt trội trong việc chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Các tế bào quang điện perovskite có hai kiểu thiết kế chính: cấu trúc thông thường (Nip) và cấu trúc đảo ngược (Pin). Trong khi Nip nhỉnh hơn về hiệu suất, Pin lại cho thời gian hoạt động lâu hơn nhiều.