Gần đây, công nghệ đột phá về pin xếp chồng hoàn toàn bằng perovskite của nhóm Đại học Vũ Hán đã được công bố trên tạp chí Nature, chỉ ra điểm yếu lớn nhất trong quá trình công nghiệp hóa, "pin có dải tần hẹp". Dựa trên công nghệ này, nhóm đã đạt được một trong những hiệu suất cao nhất thế giới trong pin xếp chồng toàn perovskite hai cực hiện tại với hiệu suất ở trạng thái ổn định là 27,62% (hiệu suất được chứng nhận có thẩm quyền của bên thứ ba là 27,34%).

Tan Hairen, giáo sư tại Đại học Nam Kinh, người từ lâu đã nghiên cứu về pin song song toàn perovskite, đã từng nói rằng hiệu suất kém của perovskite băng thông hẹp là nút thắt chính hạn chế hiệu suất của pin song song toàn perovskite. Hiệu suất lý thuyết của các tế bào xếp chồng hoàn toàn bằng perovskite cao tới khoảng 43%, điều này có thể làm giảm đáng kể chi phí điện quang điện và độ khó trong sản xuất. Nếu công nghệ liên quan có thể tạo ra bước đột phá, nó sẽ có triển vọng phát triển rất hứa hẹn.

Cải thiện hiệu quả những điểm yếu của quá trình công nghiệp hóa

Sáng sớm ngày 9 tháng 11, giờ Bắc Kinh, "Nature" đã công bố trực tuyến kết quả nghiên cứu mới nhất về pin mặt trời song song toàn perovskite của Fang Guoguo và Ke Nhóm của Weijun đến từ Trường Khoa học Vật lý và Công nghệ thuộc Đại học Vũ Hán. Tiêu đề của bài báo là "Chiến lược Aspartateall-in-onedoping cho phép thực hiện song song tất cả các perovskite một cách hiệu quả".

Nhóm đã đề xuất một cách sáng tạo chiến lược pha tạp tổng hợp axit aspartic hydrochloride. đã cải thiện hiệu quả hiệu quả và độ ổn định của các tế bào phụ perovskite có dải thông hẹp và tìm ra cách mới để cải thiện hơn nữa hiệu suất của pin .


Giáo sư Tan Hairen từng giới thiệu rằng các ô song song toàn perovskite bao gồm ba phần: ô đáy dải tần hẹp, lớp liên kết/điểm nối đường hầm và ô trên cùng dải rộng. Trong số đó, hiệu suất kém của perovskites băng thông hẹp là điểm nghẽn chính hạn chế hiệu suất của pin song song. Giải pháp là khắc phục lỗi .

Ke Weijun, một trong những tác giả tương ứng của bài báo này và là giáo sư tại Trường Khoa học Vật lý và Công nghệ của Đại học Vũ Hán, cũng cho biết rằng pin đáy perovskite có dải thông hẹp không đủ là một trong những trở ngại cho ứng dụng thương mại trong tương lai của pin xếp chồng hoàn toàn bằng perovskite.

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã khéo léo đưa axit aspartic hydrochloride (AspCl) vào lớp vận chuyển lỗ dưới cùng, lớp hấp thụ ánh sáng cơ thể perovskite và lớp giao diện phía trên, phát triển chiến lược pha tạp tích hợp bằng cách sử dụng cùng một phương pháp xử lý phân tử. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng AspCl-SnI2 và AspCl-PbI2 có năng lượng hình thành rất thấp, có lợi cho sự hình thành các chất trung gian hoặc phức chất, giúp cải thiện đáng kể chất lượng của màng perovskite. Ngoài việc phối hợp với tiền chất perovskite, phân tử AspCl còn có liên kết hydro liên phân tử mạnh. AspCl được làm giàu ở các giao diện trên và dưới của perovskite cũng hoạt động như một khóa phân tử giữa lớp perovskite và giao diện lớp vận chuyển, cải thiện hơn nữa hiệu suất và độ ổn định của vật liệu perovskite.

Ngoài ra, làm thế nào để ngăn chặn quá trình oxy hóa tự phát của các ion kim loại thiếc hóa trị hai không ổn định trong perovskite dải hẹp là một trong những vấn đề chính trong ngành. Kết quả nghiên cứu cho thấy AspCl có thể ức chế hiệu quả quá trình oxy hóa thiếc hóa trị hai và giảm tạp chất thiếc hóa trị bốn có hại. Nghiên cứu sâu hơn cũng cho thấy rằng việc đưa AspCl vào có thể thụ động hóa các khiếm khuyết trong vật liệu perovskite, điều chỉnh mức Fermi, ức chế sự di chuyển ion có hại, v.v., do đó nâng cao hiệu suất và độ ổn định của thiết bị.

Chiến lược pha tạp tích hợp đơn giản này đạt được nhiều chức năng trong một cú đột phá, cung cấp một phương pháp đầy hứa hẹn để cải thiện hiệu suất của pin mặt trời song song perovskite dải hẹp và toàn perovskite, đồng thời cũng được kỳ vọng sẽ thúc đẩy sự phát triển của các lĩnh vực quang điện tử khác.


Sơ đồ quy trình chuẩn bị pin, cấu trúc pin xếp chồng và sơ đồ hiệu quả Nguồn: Tân Hoa Xã

Dựa trên điều này, nhóm của Fang Guoguo và Ke Weijun đã đồng thời cải thiện hiệu quả và độ ổn định của tế bào phụ perovskite có dải thông hẹp thông qua chiến lược doping tích hợp aspartate, đạt được một trong những hiệu suất cao nhất thế giới trong tế bào xếp chồng toàn perovskite hai cực hiện tại với hiệu suất ở trạng thái ổn định là 27,62% (hiệu suất chứng nhận có thẩm quyền của bên thứ ba là 27,34%).

Theo thông tin công khai, perovskite halogenua kim loại mới là một vật liệu tinh thể có công thức phân tử chung ABX3. Nó có ưu điểm là quy trình chuẩn bị đơn giản, khả năng chịu khuyết tật cao, hệ số hấp thụ cao và chiều dài khuếch tán chất mang dài. Nó đã thu hút nhiều sự chú ý trong lĩnh vực thiết bị quang điện tử và được coi là một trong những vật liệu quang điện hứa hẹn nhất của thế hệ tiếp theo.

Trong số đó, hiệu suất chuyển đổi quang điện của pin mặt trời perovskite đơn bào đã tương đương với hiệu suất của pin dựa trên silicon truyền thống, nhưng sẽ ngày càng khó nâng cao hơn nữa hiệu quả của nó.

Pin song song hoàn toàn perovskite có thể vượt qua giới hạn hiệu suất Shockley-Quisser của pin mặt trời một điểm nối. Hiệu suất lý thuyết có thể đạt khoảng 43% và vẫn còn rất nhiều chỗ để cải thiện hiệu suất.

Xếp chồng lên nhau hoặc là hình thức quan trọng nhất của ứng dụng thương mại perovskite

Một phóng viên của Tin tức Chứng khoán Thượng Hải rút ra bài học từ ngành rằng so với tế bào perovskite một lớp, tế bào perovskite nhiều lớp được nhiều công ty coi là dạng sản phẩm hứa hẹn hơn trong tương lai.

Fan Bin, chủ tịch của GCL Optoelectronics, gần đây đã nói với một phóng viên của Shanghai Securities News: "Dạng sản phẩm perovskite chủ đạo trên thị trường sẽ là dạng cán mỏng. Cần phải nói rằng hầu hết perovskite sẽ được áp dụng ở dạng cán mỏng. "

Fan Bin nói rằng GCL Optoelectronics sắp đạt được 18% mục tiêu công nghệ nút của tế bào perovskite một lớp. Sau đó, công ty sẽ tập trung nghiên cứu công nghệ tế bào xếp chồng silicon-perovskite tinh thể. GCL Optoelectronics có kế hoạch bắt đầu bán hàng thương mại sau khi đạt được hiệu suất 26% đối với các mô-đun nhiều lớp.

Fan Bin đã phân tích rằng hiệu suất trung bình của các mô-đun silicon tinh thể hiện là khoảng 21%-22% và hiệu suất của các mô-đun silicon tinh thể hiệu quả nhất hiện có trên thị trường là khoảng 24%. Khi hiệu suất của các thành phần xếp chồng perovskite đạt 26%, điều đó có nghĩa là nó có thể đạt đến mức mà bất kỳ công nghệ silicon tinh thể nào không thể đạt tới và 26% chỉ là điểm khởi đầu cho hiệu quả của các thành phần xếp chồng perovskite.

Nhóm Renshuo Solar do Giáo sư Tan Hairen dẫn đầu đã được đưa vào nhiều kỷ lục thế giới về pin nhiều lớp. Renshuo Lighting cũng áp dụng ý tưởng tương tự. Bước đầu tiên của quá trình công nghiệp hóa là các tế bào tiếp giáp đơn perovskite. Sau khi công nghệ ô đơn nối hoàn thiện, bước thứ hai là nâng cấp lên ô xếp chồng. Nhà máy Changshu mới xây dựng của Renshuo Solar đã tính đến việc sản xuất pin nhiều lớp sau này trong quá trình lập kế hoạch.

Ngoài việc dẫn đầu các công ty khởi nghiệp, những gã khổng lồ về năng lượng mới cũng rất coi trọng việc nắm bắt cơ hội của perovskite và các ứng dụng ngăn xếp của nó.

Longi Green Energy mới đây đã công bố rằng vào ngày 3 tháng 11, báo cáo chứng nhận mới nhất từ ​​Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ (NREL) cho thấy hiệu suất của pin xếp chồng silicon-perovskite tinh thể do LONGi Green Energy phát triển độc lập đạt 33,9%, đây cũng là kỷ lục hiệu suất cao nhất đối với pin xếp chồng silicon-perovskite tinh thể trên thế giới.

Guo Yongsheng thuộc Phòng thí nghiệm đổi mới 21CN của CATL gần đây đã tuyên bố về chiến lược perovskite của CATL rằng sự lạc quan lâu dài và đầu tư dài hạn của CATL vào năng lượng tái tạo không chỉ dành cho chủ đề hạn hẹp là quang điện cho xe cộ. Perovskite là một chủ đề mới dành cho các công ty lưu trữ năng lượng và OEM phương tiện.