Phân tử mới phát triển giúp pin mặt trời hiệu suất cao hơn

Nghiên cứu có sự tham gia của các nhà khoa học đến từ Đại học khoa học và công nghệ King Abdullah (KAUST), tập trung vào việc cải tiến pin mặt trời perovskite, được xem là công nghệ pin mặt trời thế hệ tiếp theo, với chi phí rẻ và hiệu quả cao.

Chìa khóa cho bước đột phá này là một phân tử tổng hợp có tên là CPMAC, tạo ra từ một dạng carbon được gọi là buckminsterfullerene hoặc C₆₀. Trong hơn một thập kỷ qua, C₆₀ đóng vai trò chính trong việc làm cho pin mặt trời perovskite hiệu quả hơn.

Tuy nhiên, nó có nhược điểm: khả năng liên kết với các bộ phận khác của pin rất yếu, điều này có thể dẫn đến pin hao mòn nhanh hơn, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu thiết kế ra CPMAC, một phiên bản sửa đổi của C₆₀. Không giống như bản gốc, CPMAC tạo thành liên kết ion mạnh hơn với lớp perovskite trong pin. Các liên kết này ổn định hơn, ngăn không để vật liệu bị phân hủy nhanh. Kết quả là, pin mặt trời chế tạo bằng CPMAC không chỉ ổn định hơn mà còn hiệu quả hơn.

Hiệu suất chuyển đổi năng lượng được cải thiện, cao hơn khoảng 0,6% so với phiên bản C₆₀ tiêu chuẩn. Mặc dù có vẻ chỉ là một thúc đẩy nhỏ, nhưng nó có thể tạo ra khác biệt lớn khi áp dụng cho trang trại điện mặt trời quy mô lớn. Ví dụ, một nhà máy điện mặt trời công suất 1 gigawatt sử dụng công nghệ này có thể tạo ra đủ điện, cung cấp cho khoảng 5.000 ngôi nhà khác.

Độ bền là một thành công lớn khác. Khi cả hai loại pin mặt trời được thử nghiệm dưới nhiệt độ và độ ẩm cao trong hơn 2.000 giờ, các pin dựa trên CPMAC chỉ mất một phần ba hiệu suất so với các pin dựa trên C₆₀. Khi kết hợp thành các modul tấm pin mặt trời nhỏ, các pin CPMAC tiếp tục hoạt động tốt hơn các loại pin truyền thống.

Sự cải tiến này phụ thuộc vào hóa học. Trong khi C₆₀ kết nối với lớp perovskite bằng lực tương đối yếu, được gọi là liên kết van der Waals, CPMAC tạo thành liên kết ion mạnh hơn. Những kết nối chắc chắn hơn này giúp giảm khiếm khuyết và duy trì hoạt động của pin lâu hơn.

Sự phát triển này có thể là một bước tiến lớn, làm cho công nghệ năng lượng mặt trời perovskite đáng tin cậy hơn, sẵn sàng cho việc sử dụng hằng ngày trong điều kiện thực tế. Với việc tiếp tục nghiên cứu và mở rộng quy mô, phân tử đơn lẻ này có thể giúp cung cấp năng lượng cho nhiều ngôi nhà hơn, hiệu quả hơn trong tương lai.