Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology, làm sáng tỏ các hành vi ẩn của các cấu trúc nhỏ bé này, được gọi là nanodomain, bên trong một loại vật liệu đầy hứa hẹn có tên là perovskite halide chì.

Perovskite là trọng tâm chính trong nghiên cứu công nghệ năng lượng mặt trời trong thập kỷ qua vì chúng có thể hấp thụ ánh sáng mặt trời rất hiệu quả và chi phí sản xuất rẻ hơn so với pin mặt trời silicon truyền thống.

Tuy nhiên, dù nhiều hứa hẹn, pin mặt trời perovskite vẫn có hạn chế khi nói đến độ bền và hiệu suất nhất quán. Đó chính là lúc xuất hiện khám phá cách các nanodomain này hoạt động của nhóm nghiên cứu từ Khoa kỹ thuật hóa học và công nghệ sinh học của Đại học Cambridge.

Với sự hỗ trợ từ các nhóm quốc tế từ Imperial College London, UNSW Sydney, Đại học bang Colorado và một số cơ sở nghiên cứu, các nhà nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật chụp ảnh tia X tiên tiến để quan sát cách các cấu trúc nhỏ di chuyển và tương tác bên trong vật liệu perovskite.

Họ phát hiện ra các nanodomain, có kích thước chỉ bằng một phần tỉ mét, không đứng yên. Chúng dịch chuyển, thay đổi liên tục. Chuyển động liên tục này ảnh hưởng đến cách các electron - được cung cấp năng lượng từ ánh sáng mặt trời - di chuyển qua vật liệu.

Vì hiệu suất của pin mặt trời phụ thuộc rất nhiều vào khả năng thu thập và vận chuyển các electron được cung cấp năng lượng, nên việc hiểu các hành vi này là rất quan trọng. Trong khi đó, cho đến nay, vai trò của các nanodomain này vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

Nhưng bằng cách tạo ra một mô hình chi tiết về hành vi của chúng bằng một kỹ thuật gọi là tán xạ khuếch tán tia X, nhóm nghiên cứu xác định được ba loại chuyển động riêng biệt ở quy mô nano bên trong cấu trúc perovskite.

Các chuyển động này ảnh hưởng đến trường điện bên trong vật liệu, từ đó ảnh hưởng đến cách năng lượng chạy qua pin mặt trời. Bằng cách tìm hiểu cách kiểm soát các nanodomain này, các nhà khoa học có thể tinh chỉnh hiệu suất của pin mặt trời perovskite và các công nghệ nhạy sáng khác.

Bằng cách sử dụng những hiểu biết ở cấp độ nano, thông qua đó cải thiện hiệu quả và độ bền của các tấm pin mặt trời, nghiên cứu này hỗ trợ cho nỗ lực toàn cầu hướng tới các giải pháp năng lượng sạch, đáng tin cậy và giá cả phải chăng.

Khi các nhà khoa học tiếp tục khám phá những bí ẩn của perovskite, tương lai của năng lượng mặt trời khả quan hơn bao giờ hết. Bước đột phá này giúp ngành năng lượng tiến gần hơn đến việc phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời không chỉ mạnh hơn mà còn ổn định hơn theo thời gian.