Tương lai của pin mặt trời perovskite tỏa sáng hơn một chút

Đó là nơi xuất hiện một vật liệu tương đối mới với khoa học - perovskite kim loại halogenua.Khi nằm ở trung tâm của pin mặt trời, cấu trúc tinh thể này cũng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng, nhưng với chi phí thấp hơn nhiều so với silicon.Hơn nữa, pin mặt trời dựa trên perovskite có thể được chế tạo bằng cách sử dụng cả chất nền cứng và chất liệu limber, do đó, bên cạnh giá thành rẻ hơn, chúng có thể nhẹ và linh hoạt hơn.Tuy nhiên, để có tiềm năng trong thế giới thực, những nguyên mẫu này cần phải tăng kích thước, hiệu quả và tuổi thọ.

Bây giờ, trong một nghiên cứu mới, được xuất bản trong Năng lượng Nano, các nhà nghiên cứu trong Đơn vị Vật liệu Năng lượng và Khoa học Bề mặt, dẫn đầu bởi Giáo sư Yabing Qi, tại Đại học Sau đại học Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa (OIST) đã chứng minh rằng việc tạo ra một trong những nguyên liệu thô cần thiết cho perovskites theo một cách khác có thể là chìa khóa để sự thành công của các tế bào này.

"Có một loại bột tinh thể cần thiết trong perovskites được gọi là FAPbI3, tạo thành lớp hấp thụ của perovskite", một trong những tác giả chính, Tiến sĩ Guoqing Tong, Học giả sau Tiến sĩ trong Đơn vị giải thích."Trước đây, lớp này được chế tạo bằng cách kết hợp hai vật liệu - PbI2 và FAI. Phản ứng xảy ra tạo ra FAPbI3. Nhưng phương pháp này còn lâu mới hoàn hảo. Thường có phần thừa của một hoặc cả hai vật liệu ban đầu, điều này có thể cản trở hiệu quả của pin mặt trời. "

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp bột tinh thể bằng một phương pháp kỹ thuật bột chính xác hơn.Họ vẫn sử dụng một trong những nguyên liệu thô-PbI2 - nhưng cũng bao gồm các bước bổ sung, bao gồm, trong số những thứ khác, làm nóng hỗn hợp đến 90 độ C và hòa tan cẩn thận và lọc bỏ bất kỳ thức ăn thừa nào.Điều này đảm bảo rằng bột tạo thành có chất lượng cao và hoàn hảo về cấu trúc.

Một lợi ích khác của phương pháp này là độ ổn định của perovskite tăng lên ở các nhiệt độ khác nhau.Khi lớp hấp thụ của perovskite được hình thành từ phản ứng ban đầu, nó ổn định ở nhiệt độ cao.Tuy nhiên, ở nhiệt độ phòng, nó chuyển từ màu nâu sang màu vàng, không lý tưởng để hấp thụ ánh sáng.Phiên bản tổng hợp có màu nâu ngay cả ở nhiệt độ phòng.

Trước đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra pin mặt trời dựa trên perovskite với hiệu suất hơn 25%, tương đương với pin mặt trời làm từ silicon.Tuy nhiên, để di chuyển những tế bào năng lượng mặt trời mới này ra ngoài phòng thí nghiệm, cần phải có một kích thước lớn hơn và sự ổn định lâu dài.

Giáo sư Qi cho biết: “Các tế bào năng lượng mặt trời quy mô phòng thí nghiệm rất nhỏ."Kích thước của mỗi tế bào chỉ khoảng 0,1 cm2. Hầu hết các nhà nghiên cứu tập trung vào những thứ này vì chúng dễ tạo ra hơn. Tuy nhiên, về mặt ứng dụng, chúng ta cần các mô-đun năng lượng mặt trời lớn hơn nhiều. Tuổi thọ của các tế bào năng lượng mặt trời cũng điều mà chúng ta cần lưu tâm. Mặc dù trước đây đã đạt được hiệu suất 25%, tuổi thọ tối đa là vài nghìn giờ. Sau đó, hiệu suất của tế bào bắt đầu giảm. "

Sử dụng bột perovskite tinh thể tổng hợp, Tiến sĩ Tong cùng với Kỹ thuật viên của Đơn vị Nghiên cứu, Tiến sĩ Dae-Yong Son và các nhà khoa học khác trong Đơn vị của Giáo sư Qi, đã đạt được hiệu suất chuyển đổi hơn 23% trong pin mặt trời của họ, nhưng tuổi thọ cao hơn 2000 giờ.Khi mở rộng quy mô lên các mô-đun năng lượng mặt trời 5x5cm2, chúng vẫn đạt được hiệu suất hơn 14%.Như một bằng chứng về khái niệm, họ đã chế tạo một thiết bị sử dụng mô-đun năng lượng mặt trời perovskite để sạc pin lithium ion.

Những kết quả này đại diện cho một bước quan trọng đối với các pin và mô-đun năng lượng mặt trời dựa trên perovskite hiệu quả và ổn định, một ngày nào đó, có thể được sử dụng bên ngoài phòng thí nghiệm.Tiến sĩ Tong cho biết: “Bước tiếp theo của chúng tôi là tạo ra một mô-đun năng lượng mặt trời có kích thước 15x15cm2 và có hiệu suất hơn 15%."Một ngày nào đó, tôi hy vọng chúng ta có thể cung cấp năng lượng cho một tòa nhà ở OIST bằng các mô-đun năng lượng mặt trời của chúng ta."

Công việc này được hỗ trợ bởi Chương trình Chứng minh Khái niệm và Phát triển Công nghệ của OIST.