Một thay đổi nhỏ giúp pin mặt trời đạt hiệu suất 34%

Nguồn ảnh: Thanh Niên

Các nhà khoa học đạt được hiệu suất 34% trên pin mặt trời perovskite-silicon tandem nhờ thiết kế giao diện vật liệu ở cấp độ nano.

Theo Interesting Engineering, một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đến từ Đại học Tô Châu và Viện R&D Trung tâm của LONGi vừa công bố một loại pin mặt trời mới với điện áp mạch hở đạt 2,014 volt - một trong những con số cao nhất từng được ghi nhận. Không chỉ đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng 34,0% trong phòng thí nghiệm, pin mặt trời này còn duy trì hiệu suất ổn định 33,5% qua các thử nghiệm được chứng nhận.

Pin mặt trời ghép lớp (tandem) trong nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc được thiết kế bằng cách xếp chồng một lớp perovskite lên lớp silicon tiêu chuẩn, cho phép thu nhận nhiều ánh sáng mặt trời hơn so với các tấm pin thông thường.

Vượt qua thách thức của pin mặt trời tandem

Tuy nhiên, việc nâng cao hiệu suất đã gặp nhiều thách thức do bề mặt gồ ghề của silicon, khiến cho việc tạo ra các lớp perovskite mịn trở nên khó khăn. Hơn nữa, các điện tích thường bị mắc kẹt tại giao diện bên trong, dẫn đến sự mất năng lượng được gọi là tái kết hợp không bức xạ.

Để khắc phục vấn đề, nhóm nghiên cứu đã phát triển một khung đỡ siêu mỏng, sử dụng các hạt nano zirconia đơn tinh thể (ZrO2) để tạo ra một cấu trúc lốm đốm giữa lớp oxit dẫn điện và lớp phân tử đơn. Cấu trúc này không chỉ giúp dung dịch perovskite lỏng lan đều tạo ra các màng dày đặc mà còn ngăn chặn sự tái kết hợp không bức xạ và duy trì khả năng chiết xuất lỗ trống hiệu quả.

Các thử nghiệm cho thấy, pin mặt trời mới có thể duy trì 84% hiệu suất ban đầu sau 2.000 giờ dưới ánh sáng mặt trời mô phỏng. Nhóm nghiên cứu cho biết: "Những kết quả này cho thấy rằng một lớp giao diện cách điện được thiết kế cẩn thận có thể cải thiện sự phát triển của màng perovskite mà không cản trở quá trình trích xuất điện tích. Thiết kế giao diện ở cấp độ nano này mở ra một hướng đi mới cho việc phát triển các tế bào quang điện tandem perovskite/silicon hiệu quả và bền hơn".

Các nhà khoa học thuộc Đại học Tô Châu và Viện R&D Trung tâm của LONGi vừa công bố bước tiến mới trong công nghệ quang điện với pin mặt trời perovskite-silicon tandem đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng 34,0% trong phòng thí nghiệm. Thiết bị sở hữu điện áp mạch hở lên tới 2,014 volt, ghi nhận một trong những mức cao nhất từ trước đến nay và duy trì ổn định ở mức 33,5% qua các thử nghiệm chứng nhận. Việc xếp chồng lớp vật liệu perovskite lên nền silicon tiêu chuẩn cho phép tấm pin hấp thụ dải ánh sáng mặt trời rộng hơn hẳn so với công nghệ truyền thống. Thách thức lớn nhất của dòng pin tandem trước đây nằm ở bề mặt silicon gồ ghề khiến màng perovskite khó phủ mịn, đồng thời gây ra hiện tượng tái kết hợp không bức xạ làm thất thoát năng lượng tại giao diện tiếp xúc. Để giải quyết triệt để vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển khung đỡ siêu mỏng cấu tạo từ các hạt nano zirconia đơn tinh thể (ZrO2) để tạo cấu trúc lốm đốm giữa lớp oxit dẫn điện và lớp phân tử đơn. Cải tiến ở cấp độ nano vừa giúp dung dịch perovskite lan đều tạo màng dày đặc, vừa ngăn chặn thất thoát điện tích và đảm bảo khả năng chiết xuất lỗ trống diễn ra tối ưu. Kết quả thực nghiệm khẳng định pin mặt trời thế hệ mới duy trì tới 84% hiệu suất ban đầu sau 2.000 giờ vận hành liên tục dưới ánh sáng mặt trời mô phỏng. Nghiên cứu chứng minh một lớp giao diện cách điện được thiết kế chính xác có thể hỗ trợ sự phát triển của màng perovskite mà không cản trở quá trình trích xuất điện tích. Thành tựu này mở ra hướng đi đầy triển vọng cho việc sản xuất thương mại các tế bào quang điện tandem hiệu suất cao và bền bỉ hơn trong tương lai.