Các kỹ sư tại Đại học Surrey, Anh, phát triển một lớp phủ đặc biệt, được thiết kế để bảo vệ các phân tử hữu cơ bên trong pin mặt trời perovskite (PSC), ngăn chúng bị hỏng, giúp pin duy trì hiệu suất lâu hơn. Cải tiến này có thể mở ra hướng bảo vệ pin mặt trời trên vệ tinh, tàu vũ trụ trong môi trường bức xạ khắc nghiệt của không gian.

Hệ mặt trời của chúng ta liên tục bị tấn công bởi các dạng bức xạ khác nhau. Đây là sự kết hợp giữa các dòng hạt năng lượng cao ổn định từ bên ngoài hệ mặt trời và các vụ nổ hạt năng lượng không liên tục từ Mặt trời. Cả hai nguồn này đều đặt ra những thách thức cho việc xây dựng công nghệ vũ trụ mạnh mẽ để đảm nhận các sứ mệnh lâu dài.

Do đó, pin mặt trời cấp vũ trụ phải có hiệu suất cao, công suất lớn, khả năng chịu được bức xạ cực đại. Pin mặt trời III-V đa điểm hiện đang dẫn đầu trong các ứng dụng không gian, nhưng chúng có chi phí cao. Điều này thúc đẩy việc tìm kiếm giải pháp giá cả hợp lý hơn như PSC, có khả năng chịu bức xạ mạnh mẽ và công suất cao.

Một vấn đề lớn đối với PSC trong không gian là thiệt hại do chiếu xạ proton gây ra cho các bộ phận hữu cơ của chúng, được gọi là cation hữu cơ vị trí A. Thiệt hại này làm giảm khả năng tự phục hồi của pin, khiến chúng kém ổn định hơn, hạn chế khả năng tồn tại của chúng trong các ứng dụng lâu dài trong không gian.

Để khắc phục điều này, nhóm nghiên cứu Surrey, cùng các cộng sự, phát triển một lớp phủ bảo vệ mỏng, sử dụng hợp chất gọi là propane-1,3-diammonium iodide (PDAI₂). Chìa khóa cho cơ chế bảo vệ của PDAI₂ nằm ở khả năng ổn định các phân tử hữu cơ dễ bị tổn thương trong cấu trúc perovskite.

Các nhà nghiên cứu giải thích, PDAI₂ hoạt động bằng cách ổn định các phân tử không ổn định, ngăn chúng phản ứng và biến thành các khí như amoniac hoặc hydro, nếu không chúng sẽ thoát ra ngoài và làm suy yếu pin. Hiệu quả của lớp phủ bảo vệ mới đã được thử nghiệm ở mức độ cao nhất.

Nhóm nghiên cứu cho các pin mặt trời perovskite đã qua xử lý và chưa qua xử lý tiếp xúc với bức xạ proton ở mức độ cao. Các pin được phủ lớp bảo vệ cho thấy hiệu suất giảm ít hơn và hư hỏng bên trong ở mức tối thiểu, cho thấy tính hiệu quả của lớp phủ bảo vệ. Hiệu suất vượt trội này được cho là nhờ lớp bảo vệ ngăn chặn thành công các phản ứng hóa học có hại xảy ra.

Các nhà nghiên cứu tin rằng, lớp phủ này có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho năng lượng mặt trời trong không gian, giúp pin mặt trời nhẹ hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn, từ đó cho phép thực hiện các sứ mệnh không gian đầy tham vọng và bền vững hơn.

Sự phát triển này cũng có thể mang lại lợi ích cho các công ty đang nỗ lực thiết lập hệ thống năng lượng mặt trời trên không gian để truyền năng lượng xuống Trái đất. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Joule.