Nhóm nghiên cứu giải quyết thành công một thách thức tồn tại bấy lâu nay bằng cách chế tạo ra lớp bảo vệ bền vững trên pin mặt trời perovskite vô cơ. Kết quả là pin mặt trời đạt hiệu suất kỷ lục hơn 21%. Hơn nữa, các module nhỏ này duy trì hoạt động ổn định trong hơn 950 giờ ở nhiệt độ 85°C dưới ánh sáng liên tục.

Tiến sĩ Kasparas Rakštys, nhà nghiên cứu tại Đại học công nghệ Kaunas (KTU) cho biết, pin mặt trời perovskite là một trong những công nghệ năng lượng mặt trời phát triển nhanh nhất thế giới, chúng có thể nhẹ, linh hoạt, quan trọng nhất là làm từ vật liệu giá rẻ. Rào cản lớn nhất hạn chế áp dụng pin mặt trời perovskite là sự xuống cấp nhanh chóng.

Việc tiếp xúc các điều kiện khí quyển thường thay đổi như độ ẩm, nhiệt độ, áp suất, khiến vật liệu perovskite nhanh chóng suy giảm cả về hiệu suất và tính chất vật liệu. Thông thường, vấn đề này được giải quyết thông qua quá trình “thụ động hóa”.

Quá trình này hoạt động bằng cách giảm thiểu khuyết tật và bảo vệ bề mặt perovskite, giúp nó chống chịu tốt hơn với các yếu tố môi trường. Từ đó, kéo dài hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị. “Thụ động hóa” làm cho bề mặt perovskite không hoạt động về mặt hóa học, loại bỏ các khuyết tật phát sinh trong quá trình sản xuất.

Các phát triển trước đây chỉ ra, việc phủ một lớp 2D mỏng lên bề mặt perovskite 3D rất hiệu quả đối với perovskite lai. Điều này bảo vệ chúng khỏi độ ẩm, đồng thời tăng hiệu suất và độ bền. Tuy nhiên, chiến lược này lại khó khăn đối với perovskite vô cơ nguyên chất vì lớp 2D bảo vệ không liên kết được với vật liệu.

Nhóm nghiên cứu của KTU giải quyết vấn đề bám dính bằng cách tổng hợp các cation amonium 2D perfluorinated. Phương pháp này hiệu quả vì các nguyên tử fluorine có độ âm điện cao, làm giảm mật độ electron của nhóm amonium.

Sự thay đổi này dẫn đến hình thành các liên kết hydro, kết nối nhóm amonium với các mảnh chì iodide, nhờ đó lớp 2D bám dính vào perovskite vô cơ nguyên chất. Kết quả là sự hình thành lớp 2D ổn định, bám dính trên bề mặt perovskite vô cơ 3D. Điều này tạo thành cấu trúc dị thể mạnh mẽ, ổn định ngay cả ở nhiệt độ cao, Tiến sĩ Rakštys lưu ý.

Chiến lược thụ động hóa giúp nâng cao hiệu suất của pin mặt trời. Điều thú vị là nó dẫn đến hiệu suất cao hơn 21%, một trong những hiệu suất cao nhất từ ​​trước đến nay. Nghiên cứu mang lại hiệu suất cao ở các cell pin nhỏ và chứng tỏ thành công ở quy mô lớn hơn, một bước tiến tới thương mại hóa.

Khi nhóm nghiên cứu chế tạo module perovskite mini - thiết bị có diện tích hoạt động lớn hơn 300 lần so với các ô pin thông thường được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm - module này vẫn đạt được hiệu suất cao gần 20%. Các module này chứng minh độ bền tuyệt vời, duy trì hoạt động ổn định trong hơn 950 giờ ở nhiệt độ 85°C khi tiếp xúc với ánh sáng liên tục.

Các nhà nghiên cứu cho biết, mặc dù pin mặt trời thường không đạt đến nhiệt độ cao như vậy trong điều kiện hoạt động thực tế, nhưng thử nghiệm độ ổn định tiêu chuẩn này được sử dụng để đánh giá độ bền lâu dài của chúng, qua đó cho thấy, với độ ổn định cao như vậy, thực tế có thể so sánh với các yêu cầu của pin silicon thương mại.

Sự phát triển này có thể đưa công nghệ năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo tiến gần hơn đến mục tiêu thương mại hóa thực sự. Nghiên cứu này được đăng trên tạp chí Nature Energy.