Kỹ thuật mới cho phép sản xuất pin mặt trời hữu cơ 3 lớp ổn định, hiệu suất cao

Công nghệ pin mặt trời là nguồn năng lượng sạch tương lai. Pin mặt trời hữu cơ, thuộc thế hệ thứ ba của pin mặt trời, được quan tâm như một công nghệ cốt lõi để tạo ra năng lượng tia mặt trời đô thị vì có thể được in và dán lên tường bên ngoài hoặc cửa sổ các tòa nhà.

Nhưng vùng quang hoạt hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa thành điện năng vẫn nhỏ hơn 0,1 cm². Quá trình thương mại hóa bị cản trở do những thách thức về hiệu suất và khả năng tái tạo khi mở rộng diện tích ô lên vài m2 ở những địa bàn có khả năng cung cấp năng lượng.

Nhóm nhà khoa học do TS Hae Jung Son thuộc Trung tâm Nghiên cứu Quang điện Tiên tiến tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST, Chủ tịch: Seok-Jin Yoon) dẫn đầu trong nghiên cứu đã phát hiện ra những yếu tố gây suy giảm hiệu suất trong các pin mặt trời hữu cơ diện tích lớn, công bố chế tạo được vật liệu phụ gia polymer mới để phát triển công nghệ pin mặt trời hữu cơ khổ lớn .

Nhóm nghiên cứu tập trung vào cấu trúc thành phần của lớp quang hoạt trong pin mặt trời hữu cơ và quy trình thực hiện, một phần của quy trình sản xuất pin mặt trời hữu cơ.

Phương pháp phủ spin, một quy trình thực hiện chủ yếu được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu tại phòng thí nghiệm, tạo ra hỗn hợp lớp quang hoạt đồng nhất do dung môi bay hơi nhanh trong khi chất nền được quay với tốc độ cao.

Nhưng khi quy trình thực hiện được tiến hành liên tục, diện tích lớn được thiết kế cho mục đích sử dụng công nghiệp làm giảm hiệu suất pin mặt trời do tốc độ bay hơi dung môi của dung dịch vật liệu pin mặt trời quá chậm, hình thành sự kết hợp không mong muốn giữa các chất quang hoạt.

Module năng lượng mặt trời hữu cơ hiệu suất và độ ổn định cao, tích hợp các lợp quang hoạt bậc 3 . Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST).

Nhóm nghiên cứu phát triển một loại phụ gia polymer mới, có thể ngăn chặn hiện tượng này bằng hoạt động tương tác với các vật liệu dễ kết tụ. Kết quả là, các lớp quang hoạt bậc ba chứa chất phụ gia polymer đã ngăn chặn sự kết tụ trong các lớp quang hoạt. Nhờ có khả năng kiểm soát cấu trúc cấp nano, kỹ thuật này tăng cường hiệu suất pin mặt trời, bảo vệ ổn định chống lại sự gia tăng nhiệt độ do ánh sáng gây ra trong quá trình hoạt động.

Hiệu suất module đạt được là 14,7%, hiệu suất pin mặt trời tăng 23,5% so với hiệu suất của hệ thống 2 lớp thông thường. Hiệu quả và độ ổn định được đồng thời chứng minh bằng khả năng duy trì hơn 84% hiệu suất ban đầu trong 1.000 giờ, trong môi trường được làm nóng 85 ℃.

Theo nhóm nghiên cứu KIST, công trình nghiên cứu tiến gần hơn đến khả năng thương mại hóa pin mặt trời hữu cơ bằng việc đề xuất nguyên tắc cốt lõi của vật liệu pin mặt trời, cho phép chế tạo các tấm pin mặt trời chất lượng cao, diện tích lớn, tăng cường khả năng sản xuất nặng lượng tại chỗ thân thiện với môi trường, dễ dàng áp dụng cho những bức tường bên ngoài tòa nhà và ô tô, tạo nguồn điện năng cho các thiết bị di động và IoT. Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nano Energy.