Các nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado Boulder và Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia (NREL) Hoa Kỳ, cuối cùng đã giải quyết được một trong những vấn đề quan trọng về độ tin cậy của công nghệ năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo dựa trên perovskite.
Họ cho hay, các khiếm khuyết cực nhỏ trong pin mặt trời perovskite gây ra sự cố phân cực ngược, dẫn đến quá nhiệt và hiện tượng trông giống như “tan chảy” vật liệu. Điều này gây cản trở cho việc sớm đưa loại pin này vào thương mại hóa.
Trên thực tế, khi một phần của tấm pin mặt trời bị che khuất hoặc bị cản trở, cell pin bị ảnh hưởng có thể chuyển sang phân cực ngược, nghĩa là dòng điện từ các cell pin vẫn đang hoạt động, sẽ đi qua nó theo hướng ngược, sinh ra nhiệt.
Trong tấm pin silicon thông thường, các kỹ sư khắc phục điều này bằng cách sử dụng các diode bypass định tuyến xung quanh điểm yếu. Nhưng pin perovskite không có được điều đó, chúng quá yếu, một phần là do quá trình xử lý chúng tạo ra các lỗ kim nhỏ li ti và các điểm mỏng hơn.
Sử dụng một loạt phương pháp xử lý pin có độ phân giải cao - hình ảnh điện phát quang, kính hiển vi điện tử, kính hiển vi cộng hưởng quét laser và video ảnh nhiệt - nhóm nghiên cứu đã quan sát cách thức và vị trí bắt đầu hư hỏng.
Họ phát hiện các khiếm khuyết trên màng perovskite hoạt động như các điểm nóng dưới tác động của phân cực ngược, nóng lên nhanh chóng, về cơ bản gây đoản mạch trên các lớp tiếp xúc. Các cell không có khuyết tật, tồn tại qua nhiều giờ trong phân cực ngược mà không bị hư hại đáng kể.
Nguyên nhân gốc rễ nằm ở chính quá trình hình thành màng. Lớp perovskite tạo ra thông qua quá trình xử lý dung dịch: một tiền chất có độ nhớt thấp được nhỏ giọt và sấy khô để tạo thành màng, nhưng quá trình này có thể để lại các lỗ kim và khe hở, đặc biệt là với các thiết bị quy mô lớn. Các khuyết tật đó trở thành mắt xích yếu khi chịu ứng suất.
Vấn đề ở đây là rất rõ ràng. Để pin mặt trời perovskite có thể triển khai trên quy mô lớn trong thực tế, các nhà sản xuất phải chế tạo được các màng không có lỗ kim và các lớp tiếp xúc chắc chắn, để pin tránh bị hư hỏng do phân cực ngược.
Nhận thức này đưa pin mặt trời perovskite tiến gần hơn một bước đến việc thương mại hóa, nhưng nó cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của quy trình xử lý có độ chính xác cao, cũng như kiểm soát chất lượng đối với các vật liệu năng lượng mới.
Bí ẩn về lý do tại sao pin mặt trời perovskite “tan chảy”, không phải là một phản ứng hóa học kỳ lạ nào đó mà đơn giản là những khiếm khuyết nhỏ. Chúng hoạt động như quả bom hẹn giờ khi có dòng điện ngược, và giờ đây chúng ta đã biết phát hiện ra điều này.
