Tạo ra pin mặt trời bền vững và hiệu quả nhất thế giới

Trong suốt thập kỷ qua, pin mặt trời perovskite (đặt tên theo tên của khoáng chất perovskite) đã thu hút sự chú ý nhờ hiệu suất vượt trội so với các giải pháp thay thế phổ biến dựa trên silicon. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn chưa được coi là khả thi về mặt thương mại do tính không ổn định và tuổi thọ hạn chế.

Tuổi thọ pin mặt trời là điều rất được quan tâm.

Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp thay đổi bề mặt hóa học của các tế bào perovskite nhằm loại bỏ khuyết tật và nâng cao cả độ bền lẫn hiệu suất - một quá trình được gọi là thụ động hóa. Sau các thử nghiệm khắc nghiệt kéo dài, pin mặt trời được phát triển cung cấp hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) ấn tượng khi đạt 20,1% sau hơn 1.500 giờ sử dụng, những pin này có tiềm năng mở ra cơ hội sử dụng rộng rãi hơn cho giải pháp năng lượng tái tạo.

Yen-Hung Lin, một trong những tác giả nghiên cứu, cho biết: “Thụ động hóa dưới nhiều hình thức rất quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả của các tế bào năng lượng mặt trời perovskite trong thập kỷ qua. Tuy nhiên, các lộ trình thụ động thường không cải thiện đáng kể tính ổn định hoạt động lâu dài”.

Các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách để giúp loại pin mặt trời perovskite nâng cao tuổi thọ.

Ngược lại với xu hướng này, nhóm nghiên cứu đã phát hiện rằng việc xử lý bề mặt tế bào perovskite bằng các hóa chất cụ thể gọi là amino-silane đã cải thiện đáng kể hiệu suất và tuổi thọ của chúng. Họ đã tăng năng suất lượng tử phát quang của tế bào - khả năng chuyển đổi ánh sáng hấp thụ thành năng lượng phát ra - lên tới 60 lần. Đáng chú ý, độ ổn định hoạt động vẫn cao sau hơn 1.500 giờ thử nghiệm dưới ánh sáng mặt trời toàn phổ.

Các tế bào có hiệu suất tốt nhất đạt PCE 20,1% trong suốt thời gian thử nghiệm được xem là con số cao nhất từng được báo cáo đối với các tế bào perovskite. Điều này có nghĩa là các tế bào này có khả năng chuyển đổi một tỷ lệ phần trăm lớn ánh sáng mặt trời thành điện năng, thu thập và xử lý các bước sóng từ một phạm vi rộng của quang phổ điện từ. Theo Lin, thiết kế này tối đa hóa việc sử dụng quang phổ mặt trời bằng cách hấp thụ các phần khác nhau của ánh sáng mặt trời trong mỗi lớp, dẫn đến hiệu quả tổng thể cao hơn.

Các nhà nghiên cứu hy vọng đột phá mới có thể giúp ích cho việc sản xuất pin mặt trời trong tương lai.

Những kết quả ấn tượng này được đạt được thông qua việc sử dụng hai tế bào có kích thước 0,25 cm² và 1 cm². Theo các nhà nghiên cứu, bước đột phá này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất quy mô lớn các tế bào pin mặt trời perovskite ổn định, bền và hiệu quả trong tương lai.