Pin mặt trời, còn được gọi là tế bào quang điện, có chức năng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng và là một phương pháp quan trọng để thu năng lượng tái tạo.

Những tấm pin mặt trời đầu tiên rất đắt, nhưng khi công nghệ phát triển, chi phí trung bình cho mỗi watt điện giảm từ 96 đô la những năm 1970 xuống dưới một đô la hiện nay. Các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu tìm kiếm những phương pháp và vật liệu nhằm chế tạo pin mặt trời có hiệu suất cao, chi phí thấp hơn và thân thiện môi trường.

 Một loại pin mặt trời mới xuất hiện gần đây được chế tạo từ perovskite - một loại khoáng chất kết tinh. Pin mặt trời perovskite sản xuất với giá thành thấp và trong thập kỷ qua, hiệu suất của pin (hiệu suất chuyển đổi điện năng) đã tăng từ mức 3,8% lên đến 25,5%.

Mặc dù con số này có vẻ thấp, nhưng có thể so sánh với những tế bào năng lượng mặt trời tinh thể silicon tinh thể phổ biến trên thị trường. Nhưng pin mặt trời perovskite chưa thể thương mại hóa do quá trình phân hủy vật liệu nhanh chóng.

GS Wallace CH Choy từ Đại học Hồng Kông cho biết: “Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời perovskite khá cao, tương đương với pin mặt trời silicon đơn tinh thể, nhưng cần tăng cường tính ổn định vật liệu cho hoạt động lâu dài. Tuổi thọ của pin mặt trời perovskite chỉ khoảng vài nghìn giờ, còn xa vòng đời sử dụng 20 năm để thương mại hóa ”.

GS Choy và các đồng nghiệp đang nghiên cứu những giải pháp làm tăng độ ổn định của pin mặt trời perovskite, sử dụng những chất phụ gia như các ion kim loại hoặc hợp chất hóa học khác trong một quy trình được gọi là doping (sử dụng chất kích thích để đạt hiệu suất cao).

Trong bản báo cáo về công trình nghiên cứu, các nhà khoa học cho biết đã tích hợp một hợp chất hóa học có tên là 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate (viết tắt là DMAEMA) vào cấu trúc perovskite. DMAEMA thường được thêm vào các polymez nhằm thay đổi tính chất hóa học và lý học như khả năng hòa tan trong nước. Vật chất cũng được sử dụng trong các vật liệu như sơn, chất kết dính, nhựa và thậm chí cả keo xịt tóc.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy, bổ sung DMAEMA làm giảm những khuyết tật trong pin mặt trời perovskite, nâng cao độ ổn định và kéo dài tuổi thọ của pin. Các tế bào pin, tăng cường DMAEMA cũng cho hiệu quả cao hơn.

Nguồn gốc của sự không ổn định pin mặt trời perovskite là những khuyết tật và tính không hoàn hảo của mạng đa tinh thể perovskite, sự bổ sung một monomer mới DMAEMA cho màng perovskite khiến cả độ tinh thể và sự đồng nhất về thành phần của lớp màng đều hoàn thiện hơn. Pha màng perovskite ổn định hơn do sự phân tách pha bị triệt tiêu và đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao. ”

Nhóm nghiên cứu sử dụng một phương pháp đơn giản, một lần với chi phí sản xuất thấp bổ sung DMAEMA vào perovskite. Phương pháp này hy vọng sẽ giảm giá thành sản xuất và tăng hiệu quả của pin điện mặt trời, khiến pin mặt trời perovskite trở thành nguồn cung cấp năng lượng quy mô lớn khả thi.

Ngoài ứng dụng cho pin mặt trời, phương pháp này có thể được sử dụng trong chế tạo những thiết bị quang điện tử khác (phát sáng hoặc phát hiện ánh sáng).

GS Choy và đồng nghiệp tiếp tục nghiên cứu pin mặt trời perovskite đảo ngược, tìm kiếm những giải pháp nâng cao tính ổn định và hiệu suất của pin mặt trời perovskite nhằm đáp ứng các yêu cầu trong sản xuất thương mại cũng như những phương pháp chế tạo pin năng lượng mặt trời hiệu suất cao với giá thành thấp.