Các nhà khoa học Hàn Quốc chế tạo pin perovskite mini hiệu suất 22,56%

Một nhóm nghiên cứu tại Viện khoa học và công nghệ Gwangju (GIST) Hàn Quốc, vừa chế tạo tấm pin perovskite mini với hiệu suất 22,56%, bằng cách cải thiện lớp vận chuyển điện tử (electron), giúp giảm thiểu các khuyết tật cực nhỏ và tổn thất electron.

Các nhà nghiên cứu giải thích, khi diện tích của tấm pin mặt trời hoặc module mini tăng lên, việc tạo ra lớp perovskite đồng nhất trở nên khó khăn hơn. Sự không đồng nhất này làm tăng tổn thất electron trong quá trình vận chuyển điện tích, dẫn đến giảm hiệu suất và độ ổn định.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật thiết kế giao diện của lớp vận chuyển electron (ETL). Họ đã chọn oxit thiếc (SnO₂), loại vật liệu ETL được sử dụng phổ biến nhất trong các tấm pin perovskite.

Tuy nhiên, SnO₂ thường biểu hiện hiện khả năng thấm ướt bề mặt kém, điều này có thể dẫn đến màng perovskite không đồng đều và các khuyết tật nhỏ li ti hoạt động như các đường dẫn làm thất thoát electron.

Để khắc phục hạn chế này, các nhà khoa học áp dụng một phương pháp mà họ mô tả khá đơn giản, đó là kết hợp polymer polyethyleneimine (PEI) vào lớp SnO₂ trong quá trình hình thành lớp vận chuyển electron (ETL) ban đầu.

PEI lấp đầy các khuyết tật cực nhỏ trên bề mặt SnO₂, giảm tổn thất electron và cải thiện môi trường điện tại giao diện, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển electron suôn sẻ, các nhà nghiên cứu cho biết. Điều này làm giảm rào cản di chuyển electron bên trong pin, đồng thời cải thiện hiệu suất và độ ổn định.

Họ cho biết thêm, bằng cách kiểm soát chính xác giao diện ETL, màng perovskite chất lượng cao có thể sản xuất với biến đổi hiệu suất tối thiểu, ngay cả với diện tích lớn và không cần bước xử lý bổ sung. Cách tiếp cận này đặc biệt phù hợp cho các phương pháp sản xuất hàng loạt, chẳng hạn như quy trình màng mỏng dựa trên in ấn, nhóm nghiên cứu lưu ý.

Sử dụng kỹ thuật mới cho thiết bị này, các nhà nghiên cứu đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 24,49% trong pin mặt trời diện tích nhỏ và 22,56% trong module mini. Module mini cũng được phát hiện vẫn duy trì 94% hiệu suất ban đầu sau 500 giờ hoạt động.

Hiệu suất cao và độ ổn định được duy trì nhất quán không chỉ trong các pin diện tích nhỏ mà còn trong các module pin diện tích lớn, giúp nâng cao đáng kể triển vọng sản xuất hàng loạt và thương mại hóa loại pin perovskite này, các nhà nghiên cứu cho biết. Thiết kế loại pin mới này được giới thiệu gần đây trên tạp chí Nano Micro Small.