Một nhóm nhà nghiên cứu Trung Quốc phát triển phương pháp mới sản xuất pin mặt trời hữu cơ (OSC), không chỉ hiệu quả hơn mà còn thân thiện hơn với môi trường. Nếu được mở rộng quy mô, công nghệ này có thể mở đường cho loại pin mặt trời thân thiện với môi trường và giá cả phải chăng.

Các OSC mới khám phá có hiệu suất khoảng 20%, đây là mức hiệu suất rất cao đối với loại pin mặt trời này, đặc biệt là đối với những loại không chứa hóa chất độc hại. Những loại khác, ví dụ như loại mới được phát triển ở Phần Lan, chỉ đạt được hiệu suất 18%.

Pin mới sử dụng loại dung môi an toàn, thông thường, gọi là toluene, thay vì các hóa chất khác, chẳng hạn như chloroform. Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học công nghệ Thâm Quyến, pin mới này cũng được phát hiện có độ ổn định cao, khiến chúng phù hợp để sản xuất hàng loạt.

Một thách thức đáng kể trong việc tạo ra pin mặt trời hữu cơ hiệu suất cao là đảm bảo các vật liệu bên trong được sắp xếp chính xác, không quá vón cục hoặc quá lỏng lẻo. Cấu trúc bên trong hoặc hình thái đó ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của pin mặt trời.

Để khắc phục điều này, các nhà nghiên cứu thêm hai loại hóa chất đặc biệt (gọi là ODBC và PDBC) vào các lớp cụ thể của pin mặt trời. Đây là những phân tử gần như giống hệt nhau (gọi là đồng phân) nhưng có tác dụng hơi khác nhau.

ODBC có lực kéo điện mạnh hơn (gọi là moment lưỡng cực), giúp vật liệu bên trong pin mặt trời sắp xếp chặt chẽ hơn và hình thành sớm hơn. Điều này làm cho cấu trúc có trật tự hơn, cho phép thiết bị hấp thụ ánh sáng mặt trời và truyền năng lượng hiệu quả hơn. Đặt nó vào lớp nhận (thay vì lớp cho) tạo ra cấu trúc bên trong mịn và hiệu quả hơn, cải thiện chuyển động của các điện tích.

Chúng cũng làm chậm quá trình sấy khô, vì ODBC và PDBC bay hơi chậm hơn, giúp vật liệu có nhiều thời gian hơn để ổn định các lớp và hình dạng lý tưởng của chúng. Điều này dẫn đến khả năng tách biệt và căn chỉnh tốt hơn, giúp tăng hiệu suất.

Bước đột phá của nghiên cứu này đến từ việc bổ sung chất phụ gia vào các lớp pin mặt trời. Nói một cách đơn giản, các chất phụ gia này giúp “hướng dẫn” cách các vật liệu “kết tinh” khi chúng khô. Đạt được mục đích này, chúng giúp các hạt mang điện tích di chuyển tốt hơn.

Các chất phụ gia này cũng tăng cường cấu trúc bên trong pin mặt trời, giúp pin có hiệu quả hơn. Để thực hiện được điều này, nhóm nghiên cứu thử nghiệm nhiều phương pháp kết hợp các chất hỗ trợ này và xác định chính xác vị trí, cách sử dụng chúng để có kết quả tối ưu.

Kết quả của nghiên cứu nói lên điều đó. Thiết lập đạt hiệu suất được chứng nhận là 19,7%, là hiệu suất tốt nhất khi sử dụng dung môi xanh như toluene. Họ cũng thấy độ ổn định lâu dài tốt hơn và ít mất năng lượng hơn. Nghiên cứu này đăng trên tạp chí Nano-Micro Letters.

Nhìn về phía trước, phương pháp mới này có thể áp dụng cho nhiều loại pin mặt trời hữu cơ khác nhau. Nó đưa chúng ta đến gần hơn với các tấm pin mặt trời thương mại, quy mô lớn, hiệu quả, thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí sản xuất.