Pin mặt trời perovskite bổ sung nano aluminum oxide, độ bền gấp 10 lần

Từ khi ra mắt năm 2009, pin mặt trời perovskite (PSC) cải thiện nhanh chóng hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Tuy nhiên, tính ổn định lâu dài vẫn là một thách thức. Không giống như pin mặt trời silicon, PSC bị suy giảm do các yếu tố như ánh sáng, nhiệt và độ ẩm.

Sự suy giảm chủ yếu xảy ra do sự tạo ra iốt phân tử (I₂), có thể xâm nhập vào lớp perovskite, gây ra các phản ứng dây chuyền làm thiết bị xuống cấp. Để tăng cường tính ổn định của PSC, giải pháp bẫy I₂ là rất quan trọng.

Để cải thiện các pin này, một nhóm nhà khoa học từ Đại học Surrey, Phòng thí nghiệm Vật lý quốc gia và Đại học Sheffield đã thành công trong việc nhúng các hạt nano Al₂O₃ (aluminum oxide), có khả năng giữ iốt (iodine).

Các nhà khoa học sử dụng giải pháp thay thế khả thi là gamma-alumina (γ-Al₂O₃), được biết đến rộng rãi vì phản ứng mạnh với I₂. Bằng cách tạo ra các phức hợp bề mặt ổn định, nó hấp thụ I₂, ngăn sự suy giảm thêm.

Các cuộc khảo sát sau đó cho thấy các hạt nano Al₂O₃ cải thiện độ dẫn điện và giảm các khuyết tật trong cấu trúc perovskite, tạo thành lớp perovskite 2D bảo vệ, có tác dụng như một rào cản bổ sung chống lại sự suy giảm do độ ẩm.

Theo nhóm nghiên cứu, bằng cách tăng độ dẫn điện, giảm khiếm khuyết, cải thiện tính đồng nhất của cấu trúc perovskite và bổ sung lớp chống ẩm, các hạt nano mở ra cánh cửa cho công nghệ năng lượng mặt trời mạnh mẽ hơn, giá cả hợp lý hơn.

Các thí nghiệm cho thấy pin mặt trời perovskite với các hạt nano Al₂O₃, tồn tại trong 1.530 giờ so với 160 giờ, trước khi hiệu suất của chúng giảm xuống còn 80% so với mức ban đầu. Các thử nghiệm này được thực hiện trong điều kiện cực kỳ nóng 65 độ C và độ ẩm 35%.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện, pin mặt trời này tồn tại lâu hơn gấp 10 lần so với pin được làm bằng PFN-Br. Các pin có hạt nano Al₂O₃ duy trì hiệu suất 13,1% sau khoảng 1.520 giờ, từ mức ban đầu 16,4%. Trong thử nghiệm này, đồng được dùng thay bạc cho một trong các lớp của pin.

Việc bổ sung hạt nano Al₂O₃ có nhiều lợi thế, góp phần làm tăng độ ổn định. Theo quang phổ học, các hạt nano Al₂O₃ giữ lại I₂ hiệu quả, làm giảm sự giải phóng I₂ khỏi lớp perovskite trong quá trình ứng suất nhiệt. Điều này làm hạn chế sự xuống cấp, kéo dài tuổi thọ của pin, mở ra cơ hội cho pin mặt trời perovskite đáng tin cậy và hiệu quả hơn.