Các nhà nghiên cứu từ Đại học quốc gia Singapore (NUS) thiết kế một phương pháp để tăng độ bền của pin mặt trời song song perovskite-silicon. Điều này cho phép loại pin này duy trì hơn 96% hiệu suất ban đầu sau 1.200 giờ hoạt động liên tục ở nhiệt độ 65°C.
Pin mặt trời song song perovskite-silicon kết hợp hai vật liệu riêng biệt để thu được phổ ánh sáng mặt trời rộng hơn so với pin silicon truyền thống. Mặc dù về lý thuyết, loại pin song song này đạt hiệu suất gần 35%, nhưng việc triển khai chúng bị hạn chế bởi các vấn đề về độ ổn định.
Pin mặt trời silicon thường hoạt động đáng tin cậy trong 20 đến 25 năm, tiêu chuẩn mà các thiết kế pin song song perovskite-silicon khó có thể đáp ứng, do pin bị xuống cấp nhanh chóng dưới tác động của nhiệt.
Nhóm nghiên cứu, do Phó Giáo sư Park Somin của Đại học quốc gia Singapore (NUS) dẫn đầu, đã tập trung vào nghiên cứu, theo cách phát triển phương pháp thiết kế mới, giúp cải thiện giao diện giữa các lớp pin.
Bằng cách cho pin này tiếp xúc liên tục với ánh sáng và nhiệt, họ xác định điểm hỏng chính không phải là bản thân vật liệu perovskite, như giả thuyết trước đây, mà là lớp tiếp xúc siêu mỏng kết nối perovskite với silicon.
Lớp tiếp xúc này, được gọi là lớp đơn tự lắp ráp (SAM), hoạt động như lớp “vận chuyển lỗ”, tạo điều kiện cho dòng điện tích di chuyển. Các nhà nghiên cứu quan sát thấy, SAM thông thường bị mất trật tự cấu trúc khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu phát triển SAM cải tiến, có khả năng hình thành mạng lưới liên kết chéo. Các phân tử hình thành các liên kết hóa học nhỏ với nhau khi chúng lắp ráp, tạo ra lớp liên kết chặt chẽ, chịu nhiệt và duy trì cấu trúc trong quá trình hoạt động.
Tiếp xúc phân tử liên kết chéo này cải thiện giao diện giữa các lớp, giúp toàn bộ pin mặt trời duy trì hiệu suất cao theo thời gian. Phát triển này nhằm mục đích điều chỉnh tuổi thọ hoạt động của pin mặt trời song song với các tiêu chuẩn công nghiệp hiện hành.
Với lớp liên kết chéo mới được lắp đặt, pin mặt trời song song perovskite-silicon của các nhà nghiên cứu NUS đạt hiệu suất trên 34%, trong đó 33,6% được chứng nhận từ một trung tâm thử nghiệm độc lập, các nhà nghiên cứu cho biết.
Phó Giáo sư Park lưu ý, để pin song song này có thể trở thành giải pháp thay thế khả thi cho tấm pin mặt trời truyền thống, chúng phải duy trì được độ ổn định trong điều kiện thực tế mà không cần các quy trình sản xuất phức tạp.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào củng cố liên kết yếu nhất, là lớp phân tử siêu mỏng giữa hai vật liệu. Việc xác định nguyên nhân gốc rễ sự suy giảm hiệu suất của pin - lớp SAM - sau đó củng cố nó, là bước đột phá cần thiết để tăng cường độ ổn định của pin mặt trời này.
