Nhóm nghiên cứu tại Viện bán dẫn, thuộc Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc, đã phát triển một nguyên mẫu pin mặt trời perovskite có hiệu suất chuyển đổi quang điện được chứng nhận là 27,2%. Hiệu suất ổn định được chứng nhận được đo trên diện tích thiết bị là 0,108 cm2.

Thiết bị cũng cho thấy độ ổn định vận hành được cải thiện. Các pin mới được thử nghiệm trong thời gian dài, duy trì 86,3% hiệu suất ban đầu sau 1.529 giờ hoạt động liên tục dưới ánh sáng 1 Mặt trời tại điểm công suất cực đại (MPPT).

Trong thử nghiệm lão hóa tăng tốc, thiết bị chưa được thụ động hóa được tiếp xúc liên tục với ánh sáng 1 Mặt trời và nhiệt độ không đổi là 85°C. Trong điều kiện này, pin vẫn duy trì 82,8% hiệu suất ban đầu sau 1.000 giờ, cho thấy độ bền chống nhiệt và ánh sáng được cải thiện.

Nghiên cứu của nhóm tập trung vào một vấn đề đã biết trong chế tạo màng perovskite. Methylammonium chloride, chất phụ gia thường sử dụng để hỗ trợ phát triển màng chì iodide formamidinium, được phát hiện là nguyên nhân gây ra sự phân bố không đều các ion clorua.

Khám phá này, trình bày chi tiết phương pháp giải quyết vấn đề ổn định chính, được công bố trên tạp chí Science. Các nhà nghiên cứu quan sát thấy, trong giai đoạn kết tinh, các ion clorua có xu hướng di chuyển và tích tụ gần bề mặt trên cùng của màng.

Hiện tượng này, dẫn đến sự hình thành các khuyết tật trên bề mặt và rào cản ở giao diện. Các khuyết tật này cản trở dòng electron, làm giảm công suất đầu ra của pin và tạo điều kiện khiến vật liệu bị phân hủy.

Nghiên cứu này nhấn mạnh, sự phân bố không đồng đều các ion từ các chất phụ gia được sử dụng để cải thiện màng perovskite là vấn đề lớn đối với pin mặt trời được chế tạo từ các vật liệu này.

Để chống lại sự di chuyển ion này, nhóm khoa học đưa vào một hợp chất khác, oxalat kim loại kiềm (cụ thể là kali binoxalat), trong quá trình xử lý nhiệt của màng. Họ phát hiện rằng, hợp chất này phân ly nhiệt (bị phân hủy bởi nhiệt) trong quá trình sản xuất.

Sự phân ly này giải phóng các ion kali tích điện dương. Các ion kali này có ái lực hóa học mạnh đối với các ion clorua tích điện âm và liên kết với chúng, tạo thành kali clorua.

Cơ chế này ngăn chặn sự di chuyển không kiểm soát của các ion clorua lên bề mặt và thúc đẩy sự phân bố clo đồng đều trên toàn bộ lớp perovskite. Phương pháp này cho phép nhóm nghiên cứu chế tạo các màng perovskite hiệu quả hơn và bền hơn.

Trước đó, trong một phát triển khác, một nhóm nhà nghiên cứu quốc tế đã nâng hiệu suất của pin mặt trời perovskite lên gần 27%, sau khi giới thiệu lớp phủ giao diện mới giữa lớp tiếp xúc trên cùng và lớp perovskite.