Các nhà nghiên c cứu đạt hiệu suất 33,1% với pin song perovskite trên silicon kết cấu được thụ động hóa

Một nhóm nghiên cứu quốc tế về quang điện từ Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST), Đại học Freiburg và Viện Hệ thống Năng lượng Mặt trời Fraunhofer ISE đã đạt được bước tiến quan trọng trong công nghiệp hóa tế bào quang điện tandem perovskite-silicon. Nhóm chứng minh rằng lớp trên perovskite có thể được thụ động hiệu quả ngay cả khi kết hợp với tế bào silicon đáy có kết cấu bề mặt dạng kim tự tháp—vốn là tiêu chuẩn công nghiệp.

Khác với thụ động trong silicon chỉ ảnh hưưởng đến lớp bề mặt, xử lý áp dụng cho perovskite cải thiện toàn bộ lớp hoạt động, dẫn đến nâng cao hiệu suất. Tế bào tandem được thụ động đạt hiệu suất 33,1% và điện áp hở mạch 2,01V.

Tế bào tandem kết hợp lớp trên perovskite với lớp dưới silicon. Công nghệ này mang lại tiến bộ đáng kể trong quang điện, do tế bào silicon truyền thống chỉ đạt hiệu suất tối đa khoảng 29,4%—gần giới hạn vật lý hiện tại.

Đối với sản xuất quy mô lớn, việc sử dụng tế bào silicon kết cấu tiêu chuẩn công nghiệp làm lớp đáy là thuận lợi nhờ quy trình sản xuất được thiết lập tốt. Các tế bào này có cấu trúc bề mặt nhám làm tăng diện tích và cải thiện hiệu suất, nhưng gây phức tạp cho lắng đọng lớp perovskite. Cho đến nay, thụ động chất lượng cao chưa đạt được trên bề mặt silicon dạng kim tự tháp.

Nhóm cũng lưu ý rằng thụ động cải thiện độ dẫn điện và hệ số lấp đầy. Sự cải tiến này bắt nguồn từ hiệu ứng trường sâu ảnh hưưởng đến toàn bộ lớp perovskite—khác với silicon nơi chỉ lớp bề mặt được hưưởng lợi.

Tiến sĩ Oussama Er-Raji, tác giả chính của nghiên cứu và nhà nghiên cứu tại Fraunhofer ISE, cho biết thụ động hiệu quả trên tế bào tandem hoàn toàn có kết cấu trước đây chưa đạt được, với tiến bộ trước đó giới hạn ở bề mặt phẳng. Nhóm đạt được thụ động chất lượng cao bằng cách lắng đọng 1,3-diaminopropane-dihydroiodide trên bề mặt perovskite không đồng nhất.

Giáo sư Stefaan De Wolf của KAUST đề cập rằng phát hiện này tạo cơ sở vững chắc cho nghiên cứu tương lai và cải thiện hiểu biết về quá trình chuyển đổi ánh sáng trong lớp trên, h hỗ trợ phát triển tế bào tandem cải tiến.

Giáo sư Stefan Glunz của Đại học Freiburg và trưởng bộ phận quang điện tại Fraunhofer ISE bổ sung rằng thụ động bề mặt không chỉ là bổ sung mà còn thiết yếu để cải thiện hiệu suất và độ ổn định tế bào. Ông lưu ý rằng việc thụ động hóa đã đóng vai trò then chốt để đạt hiệu suất cao trong sản xuất pin silicon công nghiệp, và ngành công nghiệp quang điện nhiều khả năng cũng sẽ thu được lợi ích tương tự với pin song song perovskite-silicon.

Các kết quả này dựa trên công trình nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ dự án trọng điểm "MaNiTU" của Fraunhofer cùng các dự án "PrEsto" và "Perle", do Bộ Kinh tế và Năng lượng Liên bang Đức tài trợ.