Kỹ thuật đơn giản, hiệu quả chế tạo màng mỏng pin mặt trời perovskite

Pin mặt trời perovskite là công nghệ tương đối mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, cung cấp hiệu suất chuyển đổi điện năng tương tự như pin mặt trời silicon nhưng có hiệu suất cao do có thể hấp thụ các bước sóng ánh sáng khác nhau.

Perovskite là chất bán dẫn, truyền điện tích khi bị ánh sáng chiếu vào. Công nghệ pin mặt trời perovskite đạt được những bước tiến lớn trong hai thập kỷ qua, các nguyên mẫu ban đầu chỉ cung cấp hiệu suất ​​khoảng 3% vào năm 2006 đến hơn 25% hiện nay. So với pin mặt trời silicon, pin mặt trời trên cơ sở perovskite linh hoạt hơn, bán trong suốt và nhẹ. Vật liệu có thể giữ ở dạng “mực” để chế tạo sản phẩm bằng kỹ thuật in, có được sự linh hoạt cao về phương thức chế tạo và ứng dụng.

Màng pin mặt trời perovskite, được chế tạo bằng kỹ thuật lắng đọng, gọi là lớp phủ spin, trong đó các giọt chất chống dung môi (anti-solvent) - một dung môi giúp hợp chất cần thiết (perovskite) ít hòa tan hơn hình thành tinh thể đồng nhất, được thêm vào trong quá trình tạo lớp phủ spin nhằm tăng cường chất lượng của màng perovskite.

Phương pháp này rất khó thực hiện trên diện tích bề mặt lớn, cần sử dụng thiết bị chuyên dụng như máy sấy hoặc dòng khí thổi nhằm đảm bảo chất lượng đồng đều.

Một nhóm các nhà khoa học Ý và Iran đã tìm ra phương pháp giải quyết khó khăn này, sử dụng một quy trình lắng đọng mới sáng tạo, chỉ dùng một tờ giấy duy nhất để in màng phim perovskite.

Nghiên cứu sinh tiến sĩ Nazila Zarabinia từ Khoa Vật lý, Khoa Khoa học, Đại học Zanjan, Iran tác giả của nghiên cứu cho biết, phương pháp này được phát hiện tình cờ, khi để một mảnh giấy sạch ngâm trong dung môi chất chống dung môi (anti-solvent) lên lớp màng tiền chất perovskite ướt, lớp màng chuyển sang màu nâu, như màng bán dẫn perovskite. Từ phát hiện này nhóm nhà khoa học phát triển một phương pháp phủ spin mới.

Kỹ thuật mới được gọi là Lắng đọng nhờ chất bôi trơn chống thấm (DASSA), sử dụng một tờ giấy để tạo lớp vật liệu perovskite và chất bôi trơn là chất chống dung môi (anti-solvent) ethyl acetate, giúp hình thành các tinh thể perovskite đồng nhất. Nhóm nghiên cứu cho biết, phương pháp này giảm thiểu lượng dung môi cần thiết trên các bề mặt lớn và đơn giản hóa quy trình sản xuất.

Kỹ thuật lắng đọng màng mỏng mới sử dụng một tờ giấy để phủ lên lớp perovskite.

Để tạo ra pin mặt trời perovskite, nhóm nghiên cứu sử dụng một mảnh nhựa dẫn điện dán trên một tấm mặt phẳng nóng với hai đoạn băng song song giới hạn, sử dụng pipette (ống bơm nhỏ) bơm mực tiền chất perovskite lên trên.

Phần cuối của một tờ giấy sạch được tẩm chất chống dung môi (anti-solvent) ethyl acetate

Nhóm nhà khoa học đặt phần cuối của tờ giấy, tẩm chất chống dung môi ethyl acetate lên mặt phẳng tiền chất perovskite nóng và di chuyển nhẹ nhàng từ bên này sang bên kia, tạo ra một lớp màng mỏng bán dẫn perovskite sau khi kéo tờ giấy qua.

Trong nghiên cứu, nhóm nhà khoa học chế tạo được màng mỏng pin mặt trời trên nhựa PET dẻo với hiệu suất chuyển đổi điện năng là 11%. Dù chỉ là thí nghiệm chứng minh ý tưởng, nhưng kỹ thuật lắng đọng kiểu thủ công này sẽ định hướng cho những nghiên cứu tiếp theo hoàn thiện kỹ thuật và nâng cao hiệu suất.

Phương pháp này được sử dụng để chế tạo lớp màng mỏng pin mặt trời perovskite, nhưng có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị khác như đèn LED perovskite và bóng bán dẫn.