Perovskite khi kết hợp với silicon trong các pin “song song”, chúng có thể tạo ra lượng điện sạch kỷ lục. Nhưng vẫn còn một trở ngại lớn: tính ổn định. Những thiết bị đầy hứa hẹn này thường không tồn tại đủ lâu trong điều kiện thực tế để có thể ứng dụng rộng rãi.
Một nghiên cứu mới, công bố trên tạp chí Materials Futures, làm sáng tỏ lý do tại sao điều đó xảy ra, đặc biệt là trong loại perovskite đặc biệt, được gọi là perovskite có khoảng cách dải rộng, rất quan trọng đối với pin mặt trời song song.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Hasselt và Đại học Ghent ở Bỉ chỉ ra những cách chính khiến các thiết bị này xuống cấp, giúp các nhà khoa học có mục tiêu cải tiến rõ ràng hơn. Nhóm nghiên cứu tập trung vào cách ứng suất nhiệt, ảnh hưởng đến pin perovskite trong cả điều kiện tối và sáng.
Dưới ứng suất nhiệt tối, gọi là thử nghiệm ISOS-D2, điểm yếu hóa ra là các lớp vận chuyển điện tích, có chức năng truyền điện qua thiết bị. Còn dưới ứng suất nhiệt cộng với ánh sáng, gọi là ISOS-L2, thủ phạm lại chính là bộ phận hấp thụ perovskite - bộ phận của pin có chức năng thu nhận ánh sáng mặt trời.
Sự khác biệt này rất quan trọng. Nó cho thấy “tính ổn định” trong pin mặt trời perovskite phụ thuộc rất nhiều vào môi trường thử nghiệm thiết bị. Nhiều nghiên cứu trước đây bỏ qua điều này, dẫn đến cách nhìn chưa đầy đủ về cách thức và lý do tại sao các pin này bị hỏng.
Perovskite có khoảng cách dải rộng, đặc biệt khó xử lý. Mặc dù chúng có các đặc tính quang điện tuyệt vời, khiến chúng trở nên hoàn hảo khi làm lớp trên cùng trong các pin mặt trời song song, nhưng chúng lại gặp phải vấn đề về phân tách pha.
Điều này có nghĩa, các thành phần bromide, iodide trong cấu trúc tinh thể tách ra dưới tác động của nhiệt và ánh sáng, làm giảm độ ổn định của vật liệu. Cho đến nay, các giải pháp cho vấn đề này, chủ yếu được chứng minh trong phòng thí nghiệm, sử dụng các kỹ thuật như tráng ly tâm, không phù hợp để sản xuất quy mô công nghiệp.
Bằng cách so sánh song song giữa perovskite có khoảng cách dải rộng và các phiên bản có khoảng cách dải hẹp hơn, ổn định hơn, nhóm nghiên cứu có thể xác định chính xác cách thức và vị trí xảy ra lỗi. Công trình của họ tuân thủ các tiêu chuẩn thử nghiệm quốc tế, củng cố thêm tính phù hợp của nó đối với ngành năng lượng mặt trời.
Trước mắt, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh cần có thêm nhiều nghiên cứu trước khi perovskite có khoảng cách dải rộng có thể mở rộng quy mô để sử dụng thương mại. Họ kêu gọi các nghiên cứu sâu hơn ở cấp độ nano để hiểu đầy đủ về sự suy thoái, cũng như các thử nghiệm ứng suất rộng hơn, gồm các thử nghiệm ngoài trời mô phỏng điều kiện thực tế.
Nghiên cứu này đánh dấu một bước tiến quan trọng. Bằng cách khám phá ra các con đường suy thoái chính, các nhà khoa học hiện đang tiến gần hơn đến việc giải quyết vấn đề ổn định, vốn từ lâu đã cản trở việc thương mại hóa perovskite.
Nếu thành công, nghiên cứu này có thể giúp mở ra công nghệ năng lượng mặt trời siêu hiệu quả thế hệ tiếp theo, đưa chúng ta đến gần hơn với tương lai được cung cấp nguồn năng lượng tái tạo dồi dào, đáng tin cậy và giá cả phải chăng.
