Các nhà khoa học nano nâng cao tính ổn định của pin mặt trời Perovskite

Các nhà nghiên cứu của Đại học California (UCLA) đã có bước tiến hướng đến pin năng lượng mặt trời perovskite thế hệ tiếp theo bằng cách sử dụng cấu trúc kẹp ("sandwich") oxit kim loại. Thiết kế mới kéo dài thời gian hiệu quả của pin ở ngoài trời tới hơn 10 lần, mà hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện chỉ giảm ở mức cho phép.

Giáo sư Yang Yang, thành viên của Viện Hệ thống nano California, là một nhà sáng tạo nổi tiếng thế giới về công nghệ pin mặt trời cùng với nhóm nghiên cứu của mình trong những năm gần đây đã phát triển các pin năng lượng mặt trời thế hệ mới được chế tạo bằng perovskite chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện với hiệu quả đáng kể.

Mặc dù thành công, nhưng bản chất tinh tế của perovskite - một vật liệu lai hữu cơ-vô cơ mềm dẻo và rất nhẹ - đã cản trở sự phát triển hơn nữa hướng đển sử dụng thương mại hóa của nó. Khi tiếp xúc với không khí, các pin perovskite bị vỡ và tan rã trong vòng vài giờ đến vài ngày. Các pin này bị hủy hoại còn nhanh hơn khi gặp ẩm, chủ yếu là do tính chất hút ẩm của perovskite.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu của Yang đã chinh phục được khó khăn chính của perovskite bằng cách bảo vệ nó giữa hai lớp oxit kim loại. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc ổn định các pin năng lượng mặt trời perovskite. Cấu trúc pin mới của họ kéo dài thời gian hiệu quả của pin trong không khí tới hơn 10 lần, trong khi hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện giảm đi không đáng kể.

"Hiện đã có nhiều lạc quan về công nghệ pin mặt trời perovskite", Nghiên cứu sinh Lei Meng, thành viên nhóm nghiên cứu, nhận xét. Trong vòng chưa đầy hai năm, nhóm nghiên cứu Yang đã nâng hiệu suất chuyển hóa của pin mặt trời perovskite từ dưới 1 phần trăm lên gần 20 phần trăm. "Nhưng tuổi thọ ngắn ngủi của nó là một hạn chế".

Yang cho biết có một số yếu tố dẫn đến sự suy giảm nhanh chóng trong các pin năng lượng mặt trời perovskite xếp lớp bình thường. Đáng kể nhất là lớp đệm hữu cơ trên cùng có tính ổn định thấp và không thể bảo vệ hiệu quả lớp perovskite khỏi độ ẩm trong không khí, làm đẩy nhanh tiến độ thoái hóa tế bào. Các lớp đệm rất quan trọng trong cấu trúc pin vì điện do pin sinh ra sẽ được lấy ra qua chúng.

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu thay thế những lớp hữu cơ đó bằng các lớp oxit kim kẹp lớp perovskite ở giữa, bảo vệ cho nó khỏi độ ẩm. Sự khác biệt là đáng kể, các pin oxit kim loại sau 60 ngày để ở ngoài trời trong nhiệt độ thường vẫn giữ được 90 phần trăm hiệu suất chuyển đổi ban đầu của chúng. "Với kỹ thuật này, chúng tôi đã tăng đáng kể tính ổn định của pin".

Bước tiếp theo của nhóm Yang là làm cho các lớp oxit kim loại dày đặc hơn để cho hiệu quả cao hơn và nâng cao tuổi thọ của pin mà không giảm hiệu suất chuyển đổi. Yang hy vọng rằng quá trình này có thể được mở rộng lên sản xuất quy mô lớn khi trở ngại chính của perovskite đã được giải quyết.

N.M.Q (theo Nature Nanotechnology, 19/10/2915)