Một nhóm nghiên cứu do Đại học Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) ở Đức dẫn đầu, phát triển loại pin mặt trời perovskite kim loại-halide, có khả năng chịu nhiệt độ cao điển hình của quỹ đạo Trái đất tầm thấp (LEO), trong khi vẫn mang lại hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao.
Các nhà khoa học đã đặc biệt nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ nhiệt độ giữa -80°C và 80°C. Họ nhận thấy, các pin được gia cường vẫn giữ được khoảng 84% hiệu suất ban đầu sau 16 chu kỳ nhiệt khắc nghiệt, trong khi các pin không được sửa đổi bị suy giảm hiệu suất lớn hơn đáng kể.
Sự cải tiến này giải quyết một thách thức quan trọng trong pin mặt trời perovskite: khi lớp perovskite và chất nền thủy tinh của nó giãn nở và co lại với tốc độ khác nhau trong quá trình biến động nhiệt độ, ứng suất cơ học sẽ tích tụ.
Ứng suất này tập trung tại các ranh giới hạt của tinh thể perovskite và tại giao diện chất nền, vốn là những điểm yếu nhất của vật liệu. Theo thời gian, các ứng suất cục bộ này có thể gây ra các vết nứt, bong tróc và khuyết tật, làm suy giảm hiệu suất điện và hạn chế độ ổn định lâu dài.
Để khắc phục các vấn đề này, nhóm nghiên cứu phát triển một chiến lược gia cố phân tử có chọn lọc. Họ đã kết hợp axit α-lipoic trong quá trình tạo màng, chất này sẽ trùng hợp qua các ranh giới hạt, giảm thiểu khuyết tật và tăng cường mạng lưới tinh thể.
Sau đó, một dẫn xuất gốc sulfonium được sử dụng để neo giữ perovskite vào chất nền về mặt hóa học, tạo thành “mạng lưới neo”, giúp ổn định lớp perovskite khi nó giãn nở và co lại dưới tác động của ứng suất nhiệt.
Nhờ sự kết hợp các biện pháp này, chúng bảo vệ các vùng dễ bị tổn thương nhất của pin mặt trời, gia tăng cả độ bền và hiệu quả hoạt động dưới biến động nhiệt độ khắc nghiệt. Thiết bị đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng trên 26%, cao hơn 3% so với pin mặt trời tham chiếu không sử dụng kỹ thuật được đề xuất.
Nghiên cứu của nhóm cho thấy, việc gia cố có chọn lọc ở ranh giới hạt và giao diện có thể cải thiện đáng kể độ ổn định cơ học của pin mặt trời perovskite, Erkan Aydin, tác giả chính của nghiên cứu cho hay. Điều này đưa chúng ta tiến thêm một bước đến gần hơn việc đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tế. Nghiên cứu được giới thiệu trên tạp chí Nature Communications.
