Kỷ lục mới của pin mặt trời cấu trúc song song perovskite toàn phần

Các kỹ sư đã phát triển thành công một loại pin mặt trời mới có điện áp kỷ lục và được cho là có ​​hiệu suất kỷ lục đối với loại pin này. Pin mặt trời cấu trúc song song toàn phần perovskite sử dụng hai lớp perovskite tiếp cận các bước sóng ánh sáng khác nhau, cùng với phương pháp xử lý bề mặt đặc biệt giúp giảm năng lượng lãng phí.

Trong lĩnh vực quang điện, perovskite là một vật liệu đặc biệt đầy hứa hẹn, đang chiếm ngôi vương của silicon. Nó không chỉ tuyệt vời trong việc hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời mà còn có cấu trúc mỏng hơn, nhẹ hơn, linh hoạt hơn, sản xuất dễ dàng và chi phí rẻ hơn.

Về mặt hiệu quả, perovskite đã tăng vọt trong hơn một thập kỷ qua, từ dưới 4% vào năm 2009 lên hơn 25% vào năm 2021 và hiện đang sánh ngang với silicon. Nó thậm chí còn hoạt động tốt hơn trong tế bào pin song song, với nhiều lớp vật liệu được xếp chồng lên nhau để thu được các bước sóng ánh sáng khác nhau từ mặt trời. Pin mặt trời song song perovskite-silicon gần đây đã vượt qua mốc hiệu suất 30%.

Trong nghiên cứu mới này, nhóm kỹ sư đã tạo ra và thử nghiệm pin mặt trời cấu trúc song song toàn phần bằng perovskite. Pin mặt trời hoàn toàn là perovskite nhưng vẫn có thể có cấu trúc song song như thế nào? Độ dày và thành phần hóa học của vật liệu có thể được điều chỉnh để cho phép nó tiếp xúc các phần khác nhau của quang phổ mặt trời, do đó, hai phiên bản khác nhau của vật liệu có thể được kết hợp trong một thiết bị.

Chongwen Li, đồng tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Trong pin của chúng tôi, lớp perovskite trên cùng có khe vùng năng lượng rộng hơn, có thể hấp thụ tốt phần cực tím của quang phổ, cũng như một số ánh sáng nhìn thấy được. Lớp dưới cùng có một khe vùng năng lượng hẹp, được điều chỉnh hướng tới nhiều hơn phần hồng ngoại của quang phổ. Giữa hai khe này, chúng tôi bao phủ nhiều quang phổ hơn so với silicon”.

Với thiết kế này, nhóm nghiên cứu cho biết pin mặt trời kích thước 1 cm² này có hiệu suất tối đa là 27,4%, đây sẽ là một kỷ lục đối với loại pin này và là ấn tượng đối với bất kỳ loại pin mặt trời nào. Trường hợp pin đạt được một kỷ lục mới là do điện áp của nó khá cao. Nhóm nghiên cứu đã đo được điện áp mạch hở là 2,19 electron vôn, cao nhất so với bất kỳ pin mặt trời song song hoàn toàn perovskite khác.

Cả hai chỉ số ấn tượng này đều có được nhờ những điều chỉnh được thực hiện ở giao diện giữa lớp hấp thụ ánh sáng perovskite và lớp mang điện tử. Nhóm nghiên cứu phát hiện thấy điện trường không nhất quán trên bề mặt của perovskite, nghĩa là một số electron sẽ bị mất đi trong mạch. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã thêm một lớp phủ mỏng 1,3-propanediammonium (PDA) để giúp cân bằng điện tích trên bề mặt.

Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc nâng cao hiệu quả của pin mặt trời bằng cách làm cho pin ổn định hơn, tăng cường độ dòng điện và mở rộng kích thước của pin.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature.