Các nhà nghiên cứu lập kỷ lục thế giới mới về hiệu quả sử dụng pin mặt trời

Một nhóm nghiên cứu người Đức đã phát triển một loại pin mặt trời song song đạt hiệu suất 24% – được đo theo phần photon được chuyển đổi thành điện năng (tức là điện tử). Điều này lập kỷ lục thế giới mới là hiệu suất cao nhất đạt được cho đến nay với sự kết hợp giữa chất hấp thụ hữu cơ và perovskite này. Pin mặt trời được phát triển bởi nhóm của Giáo sư Tiến sĩ Thomas Riedl tại Đại học Wuppertal cùng với các nhà nghiên cứu từ Viện Hóa lý tại Đại học Cologne và các đối tác dự án khác từ Đại học Potsdam và Tübingen cũng như Helmholtz-Zentrum Berlin và Max-Planck-Institut für Eisenforschng ở Düsseldorf. Các kết quả đã được công bố ngày hôm nay (13 tháng 4 năm 2022) trên tạp chí Nature với tiêu đề “Perovskite / pin mặt trời hữu cơ song song với kết nối liên kết oxit indium.”

Các công nghệ pin mặt trời thông thường chủ yếu dựa trên silicon bán dẫn và hiện được coi là “tốt như nó có được”. Những cải thiện đáng kể về hiệu quả của chúng – tức là, nhiều watt công suất điện trên mỗi watt bức xạ mặt trời được thu thập – khó có thể được mong đợi. Điều đó làm cho việc phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời mới có thể đóng góp quyết định vào quá trình chuyển đổi năng lượng càng trở nên cần thiết hơn. Hai vật liệu hấp thụ thay thế như vậy đã được kết hợp trong công trình này. Ở đây, chất bán dẫn hữu cơ đã được sử dụng, là những hợp chất gốc cacbon có thể dẫn điện trong những điều kiện nhất định. Chúng được ghép nối với perovskite, dựa trên hợp chất chì-halogen, có đặc tính bán dẫn tuyệt vời. Cả hai công nghệ này đều yêu cầu ít nguyên liệu và năng lượng hơn đáng kể so với các tế bào silicon thông thường, do đó có thể sản xuất pin mặt trời bền vững hơn.

Vì ánh sáng mặt trời bao gồm các thành phần quang phổ khác nhau, tức là màu sắc, nên các tế bào năng lượng mặt trời hoạt động hiệu quả phải chuyển đổi càng nhiều ánh sáng mặt trời này thành điện năng càng tốt. Điều này có thể đạt được với cái gọi là tế bào song song, trong đó các vật liệu bán dẫn khác nhau được kết hợp trong pin mặt trời, mỗi vật liệu hấp thụ các dải quang phổ mặt trời khác nhau. Trong nghiên cứu hiện tại, chất bán dẫn hữu cơ được sử dụng cho các phần tử ngoại và phần nhìn thấy của ánh sáng, trong khi perovskite có thể hấp thụ hiệu quả trong vùng cận hồng ngoại. Trước đây, các tổ hợp vật liệu tương tự đã được khám phá, nhưng giờ đây nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc tăng đáng kể hiệu suất của chúng.

Khi bắt đầu dự án, các tế bào perovskite / tế bào hữu cơ tốt nhất thế giới có hiệu suất khoảng 20%. Dưới sự lãnh đạo của Đại học Wuppertal, các nhà nghiên cứu Cologne, cùng với các đối tác khác của dự án, đã có thể tăng giá trị này lên 24% chưa từng có. Tiến sĩ Selina Olthof thuộc Viện Hóa lý của Đại học Cologne cho biết: “Để đạt được hiệu suất cao như vậy, tổn thất tại các giao diện giữa các vật liệu trong pin mặt trời phải được giảm thiểu. “Để giải quyết vấn đề này, nhóm ở Wuppertal đã phát triển một cái gọi là kết nối liên kết giữa tế bào con hữu cơ và tế bào con perovskite về mặt điện tử và quang học.”

Để kết nối với nhau, một lớp oxit indium mỏng đã được tích hợp vào pin mặt trời với độ dày chỉ 1,5 nanomet để giữ cho tổn thất ở mức thấp nhất có thể. Các nhà nghiên cứu ở Cologne đóng một vai trò quan trọng trong việc đánh giá các thuộc tính năng lượng và điện của các giao diện và kết nối với nhau để xác định các quá trình mất mát và tối ưu hóa hơn nữa các thành phần. Mô phỏng của nhóm ở Wuppertal cho thấy rằng các tế bào song song với hiệu suất hơn 30% có thể đạt được trong tương lai với phương pháp này.

Tham khảo: “Tế bào năng lượng mặt trời song song perovskite / hữu cơ có kết nối liên kết oxit indium” ngày 13 tháng 4 năm 2022, Nature .
DOI: 10.1038 / s41586-022-04455-0

Theo Scitechdaily