Powder Engineering Method 777x298 2 2
Thông tin công nghệ

Tương lai của các tế bào năng lượng mặt trời Perovskite hiệu suất cao sẽ sáng hơn một chút

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp kỹ thuật bột để tạo ra phiên bản chất lượng cao của FAPbI3. Đầu tiên, họ trộn formamidinium axetat (FAAc) với axit hydroiodic (HI). PbI2 sau đó đã được thêm vào. Hỗn hợp này sau đó được làm nóng đến 90 độ C. Trong bước cuối cùng, bất kỳ tạp chất còn lại hoặc vật liệu chưa phản ứng được hòa tan trong nước và lọc bỏ. Tín dụng: OIST

Pin mặt trời, có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, từ lâu đã trở thành một phần trong tầm nhìn toàn cầu về năng lượng tái tạo. Mặc dù các ô riêng lẻ rất nhỏ, nhưng khi được nâng cấp thành mô-đun, chúng có thể được sử dụng để sạc pin và đèn nguồn. Nếu đặt cạnh nhau, một ngày nào đó, chúng có thể trở thành nguồn năng lượng chính cho các tòa nhà. Tuy nhiên, các pin mặt trời hiện có trên thị trường sử dụng silicon, điều này khiến việc chế tạo chúng trở nên đắt đỏ hơn so với các nguồn điện truyền thống hơn.

Đó là nơi xuất hiện một vật liệu tương đối mới với khoa học – perovskite kim loại halogenua. Khi nằm ở trung tâm của pin mặt trời, cấu trúc tinh thể này cũng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng, nhưng với chi phí thấp hơn nhiều so với silicon. Hơn nữa, pin mặt trời dựa trên perovskite có thể được chế tạo bằng cách sử dụng cả chất nền cứng và chất liệu mỏng, do đó, bên cạnh giá thành rẻ hơn, chúng có thể có trọng lượng nhẹ và linh hoạt hơn. Tuy nhiên, để có tiềm năng trong thế giới thực, những nguyên mẫu này cần phải tăng kích thước, hiệu quả và tuổi thọ.

Giờ đây, trong một nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Năng lượng Nano , các nhà nghiên cứu thuộc Đơn vị Vật liệu Năng lượng và Khoa học Bề mặt, do Giáo sư Yabing Qi đứng đầu, tại Viện Khoa học và Công nghệ Đại học Okinawa (OIST) đã chứng minh rằng việc tạo ra một trong những vật liệu thô cần thiết cho perovskites theo một cách khác có thể là chìa khóa cho sự thành công của những tế bào này.

Một thiết bị bằng chứng về khái niệm do Đơn vị Khoa học Bề mặt và Vật liệu Năng lượng OIST tạo ra sử dụng mô-đun năng lượng mặt trời perovskite để sạc pin lithium ion. Tín dụng: OIST

“Có một loại bột tinh thể cần thiết trong perovskite được gọi là FAPbI3, tạo thành lớp hấp thụ của perovskite,” một trong những tác giả chính, Tiến sĩ Guoqing Tong, Học giả sau Tiến sĩ trong Đơn vị giải thích. “Trước đây, lớp này được chế tạo bằng cách kết hợp hai vật liệu – PbI2 và FAI. Phản ứng xảy ra tạo ra FAPbI3. Nhưng phương pháp này còn lâu mới hoàn hảo. Thường có phần thừa của một hoặc cả hai nguyên liệu ban đầu, điều này có thể cản trở hiệu quả của pin mặt trời ”.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp bột tinh thể bằng một phương pháp kỹ thuật bột chính xác hơn. Họ vẫn sử dụng một trong những nguyên liệu thô – PbI2— nhưng cũng bao gồm các bước bổ sung, bao gồm, trong số những thứ khác, làm nóng hỗn hợp đến 90 độ C và hòa tan cẩn thận và lọc bỏ bất kỳ thức ăn thừa nào. Điều này đảm bảo rằng bột tạo thành có chất lượng cao và hoàn hảo về cấu trúc.

Đơn vị Khoa học Bề mặt và Vật liệu Năng lượng OIST làm việc với pin mặt trời perovskite và các mô-đun có kích thước khác nhau. Tín dụng: OIST

Một lợi ích khác của phương pháp này là độ ổn định của perovskite tăng lên ở các nhiệt độ khác nhau. Khi lớp hấp thụ của perovskite được hình thành từ phản ứng ban đầu, nó ổn định ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, ở nhiệt độ phòng, nó chuyển từ màu nâu sang màu vàng, không lý tưởng để hấp thụ ánh sáng. Phiên bản tổng hợp có màu nâu ngay cả ở nhiệt độ phòng.

Trước đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một loại pin mặt trời dựa trên perovskite với hiệu suất hơn 25%, tương đương với pin mặt trời làm từ silicon. Tuy nhiên, để di chuyển những tế bào năng lượng mặt trời mới này ra ngoài phòng thí nghiệm, cần phải có một kích thước lớn hơn và sự ổn định lâu dài.

Giáo sư Qi cho biết: “Các tế bào năng lượng mặt trời quy mô phòng thí nghiệm rất nhỏ. “Kích thước của mỗi ô chỉ khoảng 0,1 cm 2 . Hầu hết các nhà nghiên cứu tập trung vào những thứ này vì chúng dễ tạo hơn. Tuy nhiên, về mặt ứng dụng, chúng ta cần các mô-đun năng lượng mặt trời, lớn hơn nhiều. Tuổi thọ của pin mặt trời cũng là điều chúng ta cần lưu tâm. Mặc dù trước đây đã đạt được hiệu suất 25%, tuổi thọ tối đa là vài nghìn giờ. Sau đó, hiệu quả của tế bào bắt đầu giảm sút. ”

Sử dụng bột perovskite tinh thể tổng hợp, Tiến sĩ Tong, cùng với Nghiên cứu sinh sau Tiến sĩ, Tiến sĩ Dae-Yong Son và các nhà khoa học khác trong Đơn vị của Giáo sư Qi, đã đạt được hiệu suất chuyển đổi hơn 23% trong pin mặt trời của họ, nhưng tuổi thọ hơn 2000 giờ. Khi mở rộng quy mô lên các mô-đun năng lượng mặt trời 5x5cm2, chúng vẫn đạt hiệu suất hơn 14%. Như một bằng chứng về khái niệm, họ đã chế tạo một thiết bị sử dụng mô-đun năng lượng mặt trời perovskite để sạc pin lithium ion.

Những kết quả này đại diện cho một bước quan trọng đối với các pin và mô-đun năng lượng mặt trời dựa trên perovskite hiệu quả và ổn định, một ngày nào đó, có thể được sử dụng bên ngoài phòng thí nghiệm. Tiến sĩ Tong cho biết: “Bước tiếp theo của chúng tôi là tạo ra một mô-đun năng lượng mặt trời có kích thước 15x15cm 2 và có hiệu suất hơn 15%. “Một ngày nào đó, tôi hy vọng chúng ta có thể cung cấp năng lượng cho một tòa nhà tại OIST bằng các mô-đun năng lượng mặt trời của chúng ta”.

Công việc này được hỗ trợ bởi Chương trình Chứng minh Khái niệm và Phát triển Công nghệ của OIST.

Tham khảo: “Loại bỏ các thành phần còn sót lại bằng kỹ thuật bột cho pin mặt trời perovskite dựa trên formamidinium hiệu quả cao với tuổi thọ hoạt động trên 2000 giờ” của Guoqing Tong, Dae-Yong Son, Luis K. Ono, Hyung-Been Kang, Sisi He, Longbin Qiu , Hui Zhang, Yuqiang Liu, Jeremy Hieulle và Yabing Qi, ngày 13 tháng 5 năm 2021, Nano Energy .
DOI: 10.1016 / j.nanoen.2021.106152

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.