(Tin tức Nanowerk) perovskite, một loại hợp chất rộng rãi với một loại cấu trúc tinh thể đặc biệt, từ lâu đã được coi là một giải pháp thay thế hoặc bổ sung đầy hứa hẹn cho các tấm pin mặt trời silicon hoặc cadmium Telluride ngày nay. Chúng có thể nhẹ hơn và rẻ hơn nhiều, đồng thời có thể được phủ lên hầu như bất kỳ chất nền nào, kể cả giấy hoặc nhựa dẻo có thể cuộn lại để dễ vận chuyển. Về hiệu quả trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, perovskites đang trở nên tương đương với silicon, chất mà quá trình sản xuất vẫn đòi hỏi các quy trình dài, phức tạp và tiêu tốn nhiều năng lượng. Một nhược điểm lớn còn lại là tuổi thọ: Chúng có xu hướng hỏng sau vài tháng đến vài năm, trong khi các tấm pin mặt trời silicon có thể tồn tại hơn hai thập kỷ. Và hiệu quả của chúng trên các khu vực mô-đun lớn vẫn thua kém silicon. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu tại MIT và một số tổ chức khác đã tiết lộ những cách để tối ưu hóa hiệu quả và kiểm soát sự xuống cấp tốt hơn bằng cách thiết kế cấu trúc nano của các thiết bị perovskite. Nghiên cứu này tiết lộ những hiểu biết mới về cách tạo ra pin mặt trời perovskite hiệu suất cao, đồng thời đưa ra hướng đi mới cho các kỹ sư đang nỗ lực đưa các pin mặt trời này ra thị trường thương mại. Công việc được mô tả trong tạp chí Năng lượng thiên nhiên (“Giảm tái hợp thông qua các trường bề mặt có thể điều chỉnh được trong màng mỏng perovskite”), trong một bài báo của Dane deQuilettes, một postdoc gần đây của MIT, hiện là đồng sáng lập và giám đốc khoa học của Optigon, cùng với các giáo sư MIT Vladimir Bulovic và Moungi Bawendi, và 10 người khác tại MIT và ở bang Washington, Anh, và Hàn Quốc. Một nhóm các nhà nghiên cứu của MIT và một số tổ chức khác đã tiết lộ những cách để tối ưu hóa hiệu quả và kiểm soát sự xuống cấp tốt hơn bằng cách thiết kế cấu trúc nano của các thiết bị perovskite. Các thành viên trong nhóm bao gồm Madeleine Laitz, trái, và tác giả chính Dane deQuilettes. (Ảnh: Được phép của các nhà nghiên cứu) “Mười năm trước, nếu bạn hỏi chúng tôi đâu là giải pháp tối ưu cho sự phát triển nhanh chóng của công nghệ năng lượng mặt trời, thì câu trả lời sẽ là thứ gì đó hoạt động tốt như silicon nhưng việc sản xuất đơn giản hơn nhiều ,” Bulovic nói. “Và trước khi chúng tôi kịp nhận ra thì lĩnh vực quang điện perovskite đã xuất hiện. Chúng hiệu quả như silicon và dễ vẽ cũng như vẽ trên một tờ giấy. Kết quả là sự phấn khích tột độ trên sân.” Tuy nhiên, “có một số thách thức kỹ thuật đáng kể trong việc xử lý và quản lý tài liệu này theo những cách mà chúng tôi chưa từng làm trước đây,” ông nói. Nhưng lời hứa đó lớn đến mức hàng trăm nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã và đang nghiên cứu công nghệ này. Nghiên cứu mới xem xét một chi tiết rất nhỏ nhưng quan trọng: làm thế nào để “thụ động hóa” bề mặt vật liệu, thay đổi tính chất của nó sao cho perovskite không còn bị phân hủy quá nhanh hoặc mất hiệu quả. “Điều quan trọng là xác định tính chất hóa học của các bề mặt, nơi perovskite gặp các vật liệu khác,” Bulovic nói, đề cập đến những nơi mà các vật liệu khác nhau được xếp chồng lên nhau bên cạnh perovskite để tạo điều kiện cho dòng điện chạy qua thiết bị. Các kỹ sư đã phát triển các phương pháp thụ động hóa, ví dụ bằng cách sử dụng giải pháp tạo ra lớp phủ thụ động mỏng. Nhưng họ thiếu hiểu biết chi tiết về cách thức hoạt động của quy trình này - điều cần thiết để đạt được tiến bộ hơn nữa trong việc tìm kiếm lớp phủ tốt hơn. Nghiên cứu mới “đề cập đến khả năng thụ động hóa các giao diện đó và làm sáng tỏ tính chất vật lý và khoa học đằng sau lý do tại sao sự thụ động này lại hoạt động tốt như vậy,” Bulovic nói. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một số thiết bị mạnh nhất hiện có tại các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới để quan sát các bề mặt tiếp xúc giữa lớp perovskite và các vật liệu khác cũng như cách chúng phát triển một cách chi tiết chưa từng có. Việc kiểm tra chặt chẽ quá trình phủ thụ động này và các tác động của nó đã dẫn đến “lộ trình rõ ràng nhất về những gì chúng ta có thể làm để tinh chỉnh sự liên kết năng lượng tại các bề mặt của perovskites và các vật liệu lân cận”, và do đó cải thiện hiệu suất tổng thể của chúng, Bulovic nói. Trong khi phần lớn vật liệu perovskite ở dạng mạng tinh thể nguyên tử có trật tự hoàn hảo, trật tự này bị phá vỡ ở bề mặt. Có thể có thêm các nguyên tử nhô ra ngoài hoặc chỗ trống ở những nơi thiếu nguyên tử và những khiếm khuyết này gây ra tổn thất về hiệu suất của vật liệu. Đó là lúc cần đến sự thụ động. “Về cơ bản, bài báo này tiết lộ một cuốn sách hướng dẫn về cách điều chỉnh các bề mặt, nơi có rất nhiều khiếm khuyết, để đảm bảo rằng năng lượng không bị mất trên các bề mặt,” deQuilettes nói. “Đó thực sự là một khám phá lớn đối với lĩnh vực này,” ông nói. “Đây là bài báo đầu tiên trình bày cách kiểm soát và thiết kế các trường bề mặt một cách có hệ thống trong perovskites.” Phương pháp thụ động phổ biến là ngâm bề mặt trong dung dịch muối gọi là hexylammonium bromide, một kỹ thuật được phát triển tại MIT vài năm trước bởi Tiến sĩ Jason Jungwan Yoo '20, đồng tác giả của bài báo này, đã dẫn đến nhiều phương pháp mới hiệu quả kỷ lục thế giới. Bằng cách đó, “bạn tạo thành một lớp rất mỏng trên bề mặt bị lỗi của mình và lớp mỏng đó thực sự có tác dụng thụ động rất tốt đối với rất nhiều khuyết điểm,” deQuilettes nói. “Và sau đó, brom, một phần của muối, thực sự thâm nhập vào lớp ba chiều một cách có thể kiểm soát được.” Sự thâm nhập đó giúp ngăn chặn các electron bị mất năng lượng do khuyết tật trên bề mặt. Hai hiệu ứng này, được tạo ra bởi một bước xử lý duy nhất, đồng thời tạo ra hai thay đổi có lợi. DeQuilettes nói: “Nó thực sự rất đẹp vì thông thường bạn cần thực hiện điều đó theo hai bước. Sự thụ động làm giảm sự mất năng lượng của các electron ở bề mặt sau khi chúng bị ánh sáng mặt trời đánh bật ra. Những tổn thất này làm giảm hiệu suất tổng thể của quá trình chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, do đó việc giảm tổn thất sẽ nâng cao hiệu suất thực của tế bào. Ông cho biết điều đó có thể nhanh chóng dẫn đến những cải thiện về hiệu quả của vật liệu trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Theo deQuilettes, các kỷ lục hiệu quả gần đây đối với một lớp perovskite, một vài trong số đó được thiết lập tại MIT, dao động từ khoảng 24 đến 26%, trong khi hiệu suất lý thuyết tối đa có thể đạt được là khoảng 30%. Mức tăng vài phần trăm nghe có vẻ không nhiều, nhưng trong ngành quang điện mặt trời, những cải tiến như vậy rất được mong đợi. Ông nói: “Trong ngành quang điện silicon, nếu bạn đạt được nửa phần trăm hiệu suất thì điều đó có giá trị hàng trăm triệu đô la trên thị trường toàn cầu”. Một sự thay đổi gần đây trong thiết kế tế bào silicon, về cơ bản là thêm một lớp thụ động mỏng và thay đổi cấu hình doping, mang lại mức tăng hiệu suất khoảng một nửa phần trăm. Kết quả là, “toàn bộ ngành đang chuyển đổi và nhanh chóng cố gắng thúc đẩy để đạt được điều đó”. Ông cho biết, hiệu suất tổng thể của pin mặt trời silicon chỉ có những cải thiện tăng dần rất nhỏ trong 30 năm qua. Hiệu quả kỷ lục của perovskites hầu hết được thiết lập trong môi trường phòng thí nghiệm được kiểm soát với các mẫu vật liệu có kích thước nhỏ bằng tem bưu chính. deQuilettes nói: “Việc chuyển đổi hiệu quả kỷ lục sang quy mô thương mại mất nhiều thời gian. “Một hy vọng lớn khác là với sự hiểu biết này, mọi người sẽ có thể thiết kế tốt hơn những khu vực rộng lớn để tạo ra những hiệu ứng thụ động này.” Các nhà nghiên cứu gợi ý rằng có hàng trăm loại muối thụ động khác nhau và nhiều loại perovskite khác nhau, vì vậy sự hiểu biết cơ bản về quá trình thụ động được cung cấp bởi công trình mới này có thể giúp hướng dẫn các nhà nghiên cứu tìm ra sự kết hợp vật liệu tốt hơn nữa. “Có rất nhiều cách khác nhau để bạn có thể thiết kế vật liệu,” ông nói. Bulovic nói: “Tôi nghĩ chúng ta đang ở ngưỡng cửa của những cuộc trình diễn thực tế đầu tiên về perovskite trong các ứng dụng thương mại”. “Và những ứng dụng đầu tiên đó sẽ khác xa so với những gì chúng ta có thể làm trong vài năm tới.” Ông nói thêm rằng perovskite “không nên được coi là sự thay thế của quang điện silicon. Nó nên được coi là một sự tăng cường - một cách khác để mang lại việc triển khai điện mặt trời nhanh hơn.” Michael McGehee, giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học Colorado, người không liên quan đến nghiên cứu này, cho biết: “Rất nhiều tiến bộ đã được thực hiện trong hai năm qua trong việc tìm kiếm các phương pháp xử lý bề mặt giúp cải thiện pin mặt trời perovskite”. “Rất nhiều nghiên cứu mang tính thực nghiệm nhưng cơ chế đằng sau những cải tiến vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Nghiên cứu chi tiết này cho thấy rằng các phương pháp xử lý không chỉ có thể làm thụ động các khuyết tật mà còn có thể tạo ra một trường bề mặt đẩy lùi các chất mang cần được thu thập ở phía bên kia của thiết bị.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64752.php