Kỹ thuật mới ngăn chặn việc suy thoái của pin điện mặt trời perovskite

Nhóm nghiên cứu đã chứng minh, một điều chỉnh sản xuất đơn giản sẽ khắc phục nguyên nhân của sự xuống cấp, giải quyết rào cản lớn nhất trong việc thương mại hóa công nghệ pin mặt trời màng mỏng.

Nghiên cứu do Yang Yang, GS khoa học vật liệu và kỹ thuật của UCLA Samueli lãnh đạo. Kết quả được trình bày chi tiết trong một báo cáo khoa học, đăng trên tạp chí Nature.

Perovskites là nhóm vật liệu có cùng cách sắp xếp nguyên tử hoặc cấu trúc tinh thể như khoáng chất oxit titan. Các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu nhóm perovskite kim loại để chế tạo pin mặt trời màng mỏng, tiết kiệm năng lượng.

GS Yang cho biết, các tế bào năng lượng mặt trời trên cơ sở perovskite có xu hướng suy thoái dưới ánh sáng mặt trời nhanh hơn nhiều so với pin silicon, dẫn đến hiệu quả chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng giảm xuống theo thời gian. 

Nhóm nghiên cứu do UCLA dẫn đầu phát hiện được, kỹ thuật xử lý bề mặt để nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong quá trình chế tạo pin mặt trời perovskite đã vô tình lắng đọng một lớp ion hữu cơ khiến bề mặt giàu điện tử hơn và mang điện tích âm quá cao, hình thành bẫy tiềm năng đối với các điện tử mang năng lượng.

Tình huống này làm mất ổn định sự sắp xếp có trật tự  các nguyên tử, khiến pin mặt trời perovskite theo thời gian nhanh chóng suy thoái và giảm hiệu quả. Nhược điểm này khiến pin không phù hợp cho thương mại hóa.

Nhóm nghiên cứu đưa ra cách giải quyết sự xuống cấp của tế bào pin bằng giải pháp ghép nối các ion tích điện dương với ion tích điện âm để xử lý bề mặt. Sự kết nối này cho phép bề mặt trung tính và ổn định hơn, đồng thời giữ nguyên tính toàn vẹn những xử lý bề mặt ngăn ngừa khuyết tật.

Nhóm nghiên cứu thử nghiệm độ bền của những tế bào quang điện perovskite  tại phòng thí nghiệm trong điều kiện lão hóa tăng tốc và hệ thống chiếu sáng 24/7 được thiết kế tương tự ánh sáng mặt trời. Các tế bào pin mặt trời perovskite giữ được 87% hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện năng trong hơn 2.000 giờ. Trong khi đó, các tế bào năng lượng mặt trời được sản xuất không sửa đổi giảm xuống 65% hiệu suất ban đầu sau khi thử nghiệm trong cùng thời gian và điều kiện.

Các tế bào năng lượng mặt trời perovskite được xử lý theo cách mới trở thành pin ổn định nhất về hiệu suất từ trước đến nay.