Nguồn: saudigazette.com.sa
Khi các xu hướng bền vững toàn cầu và năng lượng sạch tác động đến cách chúng ta tiếp cận các chiến lược năng lượng hướng tới một tương lai xanh hơn cho hành tinh, các công nghệ tái tạo như gió và mặt trời là những lĩnh vực trọng tâm hàng đầu cho nghiên cứu. Trong không gian công nghệ năng lượng mặt trời, lĩnh vực pin mặt trời perovskite (PSCs) mới nổi đã trở nên phổ biến trong thập kỷ rưỡi qua.
Tuy nhiên, trong một lĩnh vực bị chi phối bởi pin mặt trời silicon, công nghệ tương đối mới của pin mặt trời perovskite phải bên cạnh việc cung cấp hiệu quả chuyển đổi năng lượng cao (PCEs) cũng đáp ứng hai yêu cầu quan trọng khác để được thương mại hóa thành công: sự ổn định và khả năng mở rộng.
Trong một bài báo khoa học được công bố gần đây có tiêu đề 'Pin mặt trời perovskite ổn định nhiệt ẩm ướt với các dị ứng 2D / 3D phù hợp với chiều phù hợp', các nhà nghiên cứu KAUST đã báo cáo một cột mốc quan trọng thông qua thử nghiệm nhiệt độ ẩm quang điện (PV) thành công đầu tiên của PSC.
Thử nghiệm nhiệt ẩm ướt là một thử nghiệm lão hóa môi trường nhanh chóng và nghiêm ngặt nhằm xác định khả năng của các tấm pin mặt trời để chịu được tiếp xúc kéo dài với sự xâm nhập độ ẩm cao và nhiệt độ cao.
Thử nghiệm được thực hiện trong 1.000 giờ trong môi trường được kiểm soát với độ ẩm 85% và 85 độ C. Nó có nghĩa là để tái tạo nhiều năm tiếp xúc ngoài trời và đánh giá các yếu tố như ăn mòn và khử nhiễm.
Sự khắc nghiệt của thử nghiệm phù hợp với yêu cầu thương mại hóa của công nghệ quang điện (PV) cần phải bao gồm 25 đến 30 năm bảo hành cho các mô-đun silicon tinh thể thông thường. Để vượt qua thử nghiệm, pin mặt trời phải duy trì 95% hiệu suất ban đầu của nó.
Được dẫn dắt bởi tác giả đầu tiên Randi Azmi, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm quang điện KAUST của Stefaan De Wolf, nghiên cứu của họ đã phải khắc phục một điểm yếu lâu dài trong PSC đóng gói để ngăn chặn rò rỉ bao bì.
Lỗ hổng này của phim perovskite 3D là những gì cho phép sự xâm nhập không mong muốn của các tác nhân khí quyển và cung cấp khả năng phục hồi hạn chế chống lại nhiệt. Giải pháp được tìm thấy bởi các nhà nghiên cứu KAUST là kỹ thuật và giới thiệu các lớp thụ động 2D-perovskite để đồng thời nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng và PSC trọn đời.
Sự ổn định là điều cần thiết vì perovskites rất nhạy cảm. Được sử dụng thông qua một quá trình phủ màng mỏng, về cơ bản chúng là một muối - vì vậy pin mặt trời perovskite bị ảnh hưởng rất nhiều bởi sự hiện diện của độ ẩm.
Đặc thù của perovskites là nó là một công nghệ màng mỏng. Như trường hợp của pin mặt trời thông thường, hai tiếp điểm được làm bằng các loại vật liệu cụ thể vẫn được yêu cầu. Một người sẽ thu thập các electron và chức năng của người kia là thu thập các 'lỗ' tích điện dương - đại diện cho sự vắng mặt của các electron.
Nhưng, không giống như tấm silicon, perovskites có thể được phủ trực tiếp trên chất nền thủy tinh, sử dụng dung dịch tiền thân. Dung dịch được làm bằng dung môi được kết tinh thành trạng thái rắn.
Một trong những lợi thế đáng kể là vật liệu tiền thân có thể được sản xuất mà không cần các cơ sở đắt tiền và môi trường sử dụng nhiều năng lượng hơn 1.000 độ, điển hình cho các chất bán dẫn truyền thống hơn như silicon.
"Đó là một cách rất đơn giản để tạo ra pin mặt trời. Ngoài ra, trong khi các thuộc tính quang điện tử không phải là duy nhất, chúng là tuyệt vời. Chúng ngang bằng với chất bán dẫn truyền thống chất lượng rất cao. Điều đó khá đáng chú ý", giáo sư De Wolf giải thích.
Bằng cách thay đổi thành phần, cũng có thể điều chỉnh độ nhạy quang phổ trên quang phổ ánh sáng mặt trời từ UV lên đến hồng ngoại. Điều này khá hấp dẫn đối với các ứng dụng cụ thể.
Thách thức còn lại, sau hiệu suất và sự ổn định, là mở rộng quy mô. Hầu hết các ứng dụng pin mặt trời tập trung vào các lĩnh vực quy mô tiện ích và các tấm pin trên mái nhà. Trong khi sau này không nổi bật ở Ả Rập Saudi, các dự án lớn được theo đuổi ở Vương quốc bao gồm các cánh đồng PV lớn trong sa mạc.
"Thị trường dựa trên silicon, và nó sẽ dựa trên silicon trong ít nhất 20 năm tới", De Wolf nói.
Vì vậy, Phòng thí nghiệm quang điện KAUST chủ yếu tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của pin mặt trời perovskite để thúc đẩy các giải pháp "song song" hiệu quả hơn kết hợp cả silicon và perovskites truyền thống, nơi những phát hiện hiện tại sẽ hỗ trợ nhiều trong việc tăng độ tin cậy của các tế bào năng lượng mặt trời song song perovskite / silicon như vậy.
