Các nhà nghiên cứu cho biết bước đột phá về vật liệu kesterite của họ mở đường cho sản xuất công nghiệp pin mặt trời thế hệ tiếp theo.

Các nhà nghiên cứu tại Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc (CAS) đã đạt được kỷ lục thế giới về hiệu suất chuyển đổi năng lượng với loại pin mặt trời kesterite mới. Theo các nhà nghiên cứu, bước đột phá về kesterite của họ mở đường cho sản xuất hàng loạt pin mặt trời thế hệ tiếp theo.

Trong các thử nghiệm, pin mặt trời của nhóm nghiên cứu đạt hiệu suất 15,45% và hiệu suất được chứng nhận quốc tế bởi bên thứ ba là 15,04%. Các nhà nghiên cứu cho biết, thành tựu này mở ra cơ hội công nghiệp hóa các pin mặt trời thế hệ tiếp theo sử dụng vật liệu kesterite.

Kesterite là khoáng chất tự nhiên gồm đồng, kẽm, thiếc và lưu huỳnh (CZTS). Kesterite rất hứa hẹn cho ứng dụng pin mặt trời màng mỏng thế hệ mới, vì nó dồi dào, không độc hại, chi phí sản xuất thấp. Tuy nhiên, các nỗ lực khai thác tối đa tiềm năng của kesterite cho đến nay vẫn bị cản trở bởi các khuyết tật hình thành trong quá trình sản xuất.

Trước kết quả mới nhất, kỷ lục thế giới về hiệu suất pin mặt trời kesterite là 14,2% cũng do nhóm nghiên cứu của CAS thực hiện với các thiết bị ở phòng thí nghiệm vào tháng 6/2024. Để đạt được kỷ lục mới, họ giải quyết vấn đề “sự di chuyển ion kim loại không kiểm soát được”, được xem là thách thức kỹ thuật cốt lõi.

Hiện tượng này xảy ra khi các ion di động hoán đổi vị trí trong mạng tinh thể. Điều này tạo ra các khuyết tật có thể làm suy giảm hiệu suất dần dần, ảnh hưởng đến độ ổn định cũng như độ tin cậy lâu dài. Để khắc phục vấn đề di chuyển ion kim loại không kiểm soát được, nhóm nghiên cứu đề xuất cơ chế mới, tận dụng cân bằng pha tại giao diện.

Họ phát triển một lớp giao diện dựa trên hợp chất lithium thiếc sunfua, gọi là Li₂SnS₃ (LTS). Theo nhóm nghiên cứu, lớp giao diện này điều chỉnh đường di chuyển của cation và cân bằng sự khác biệt trong quá trình di chuyển của đồng và thiếc. Nó cũng ổn định mối nối của pin, cải thiện hiệu suất và độ tin cậy.

Nhóm nghiên cứu thử nghiệm pin quang điện mới của họ trong điều kiện chiếu sáng tiêu chuẩn và nhận thấy nó đạt được hiệu suất 15,45%, điện áp mạch hở vượt quá 600mV ở phạm vi 1,10eV. Theo nhóm nghiên cứu, điều này thể hiện điện áp cao bất thường đối với vật liệu này, cho thấy tổn thất năng lượng kéo dài có thể được khắc phục.