Nhu cầu về nguồn năng lượng ‘xanh’ trên thế giới đang ngày một tăng cao. Do đó, tối ưu hóa hiệu suất và khả năng kinh tế của pin mặt trời trở thành một trong những trọng tâm nghiên cứu quan trọng. Nâng cao hiệu quả của pin mặt trời perovskite là một trong những ưu tiên đặc biệt. Tuy nhiên, việc tìm hiểu điều gì làm cho hiệu suất pin giảm đi lại chưa được chú trọng. Giờ đây, những phát hiện gần đây của các nhà nghiên cứu tại Đại học Tsukuba đã đưa ra nghiên cứu cấp độ vi mô về pin mặt trời perovskite để giải quyết lỗ hổng kiến thức này.

Các perovskite lai vô cơ-hữu cơ là vật liệu khả thi để sử dụng trong pin mặt trời vì chúng rất dễ và rẻ để điều chế và hấp thụ ánh sáng trên một loạt các bước sóng. Các pin năng lượng mặt trời sử dụng các lớp perovskite làm chất quang hoạt liên tục được cải tiến, đặc biệt tập trung vào hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) hiện có thể vượt quá 25%.

Tuy nhiên, chỉ tập trung vào việc cải thiện PCE có thể khiến các nhà nghiên cứu bỏ lỡ những bước tiến quan trọng giúp làm rõ chi tiết hơn về các cơ chế cơ bản. Ví dụ, nguyên nhân làm giảm hiệu suất của pin mặt trời perovskite vẫn là câu hỏi quan trọng vẫn chưa được trả lời một cách toàn diện.
​
Các yếu tố bên ngoài như oxy và độ ẩm trong không khí được biết là làm tổn hại đến các lớp perovskite. Tuy nhiên, những thay đổi bên trong làm ảnh hưởng đến hiệu suất của các tế bào vẫn chưa được hiểu rõ. Do đó, các nhà nghiên cứu đã khảo sát cơ chế suy giảm bằng cách sử dụng quang phổ cộng hưởng spin điện tử (ESR).

"Chúng tôi đã thực hiện quang phổ ESR trên pin mặt trời perovskite khi chúng đang được sử dụng. Điều này cho chúng tôi hình ảnh thời gian thực về những thay đổi ở cấp độ phân tử", giáo sư Kazuhiro Marumoto giải thích. "Cụ thể, chúng tôi đã quan sát các điện tích và khiếm khuyết, và các trạng thái spin liên quan, trong các lớp pin mặt trời trong khi đo các đặc tính điện áp hiện tại của pin mặt trời. Điều này giúp chúng tôi hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố này."

Cuộc điều tra chuyên sâu này về các pin mặt trời perovskite đang hoạt động cho thấy những thay đổi trong trạng thái spin là kết quả của những thay đổi trong việc vận chuyển lỗ cũng như sự hình thành các lớp lưỡng cực điện giao diện. Do đó, kết luận được đưa ra rằng sự suy giảm tế bào có thể được ngăn chặn bằng cách cải thiện tính linh động của điện tích trong vật liệu vận chuyển lỗ và ngăn chặn sự hình thành lớp lưỡng cực điện.

Giáo sư Marumoto nói: “Việc xác định rằng những thay đổi trong trạng thái spin có tương quan với hiệu suất của thiết bị đã giúp chúng tôi mở rộng đáng kể hiểu biết về pin mặt trời perovskite. Chúng tôi hy vọng rằng phát hiện này sẽ cung cấp một điểm khởi đầu mới có giá trị cho sự phát triển liên tục của pin mặt trời và giúp đẩy nhanh thực tế về năng lượng xanh tiết kiệm chi phí."

Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201209115157.htm