Một nhóm nghiên cứu người Đức đã phát triển một loại pin mặt trời song song đạt hiệu suất 24% (phần photon được chuyển đổi thành điện năng), là hiệu suất cao nhất đạt được với sự kết hợp giữa chất hấp thụ hữu cơ và perovskite này.
Pin mặt trời thế hệ mới do nhóm nghiên cứu của GS-TS Thomas
Riedl tại Đại học Wuppertal cùng với các nhà khoa học thuộc Viện Hóa lý tại Đại
học Cologne và đối tác dự án của Đại học Potsdam, Tübingen, Helmholtz-Zentrum
Berlin và Max-Planck-Institut für Eisenforschng ở Düsseldorf. Kết quả công
trình nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature với tiêu đề "Perovskite
– pin mặt trời song song hữu cơ với kết nối liên kết oxit indium."
Công nghệ pin mặt trời thông thường trên cơ sở silicon bán dẫn
hiện được coi là "tốt nhất có được". Những nghiên cứu cải thiện về hiệu
quả pin mặt trời silicon để thu được nhiều watt công suất điện trên mỗi watt bức
xạ mặt trời không thành công. Thực tế đó đòi hỏi phát triển các công nghệ năng
lượng mặt trời mới, nhằm thúc đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng.
Hai vật liệu hấp thụ năng lượng mặt trời mới đã được đưa vào
ứng dụng trong công trình này. Các nhà khoa học đã sử dụng chất bán dẫn hữu cơ,
những hợp chất gốc carbon có thể dẫn điện trong những điều kiện nhất định, ghép
nối với perovskite trên cơ sở hợp chất chì-halogen có đặc tính bán dẫn tuyệt vời.
Do ánh sáng mặt trời bao gồm những thành phần quang phổ khác
nhau, nên các tế bào năng lượng mặt trời hoạt động hiệu quả phải chuyển đổi
càng nhiều ánh sáng mặt trời này thành điện năng càng tốt. Hiệu ứng này có thể
đạt được với kỹ thuật tế bào song song, các vật liệu bán dẫn khác nhau kết hợp
trong pin mặt trời, mỗi vật liệu hấp thụ một số dải quang phổ mặt trời khác
nhau . Trong nghiên cứu này, chất bán dẫn hữu cơ được sử dụng cho quang phổ phần
tử ngoại và phần nhìn thấy của ánh sáng, perovskite hấp thụ hiệu quả quang phổ
vùng cận hồng ngoại. Những tổ hợp vật liệu tương tự đã được khám phá trước đây
và nhóm nghiên cứu đã thành công tăng đáng kể hiệu suất tổ hợp vật liệu.
Khi bắt đầu thử nghiệp, các tế bào perovskite / tế bào hữu
cơ tốt nhất thế giới có hiệu suất khoảng 20%. Nhóm nghiên cứu Đại học
Wuppertal, đại học Cologne, cùng với các nhóm nghiên cứu khác đã tăng giá trị
này lên 24%. Để đạt được hiệu suất cao này, tổn thất tại bề mặt tiếp xúc giữa
các vật liệu trong pin mặt trời phải được giảm thiểu. Nhóm ở Wuppertal phát triển
kỹ thuật kết nối liên kết nối các cặp đôi tế bào con hữu cơ và tế bào con
perovskite về điện tử và quang học.
Bên trái là pin mặt trời song song được tiếp xúc trong bộ mô
phỏng năng lượng mặt trời tại Đại học Wuppertal, bên phải là thiết bị đo mức
năng lượng bằng quang phổ quang điện tử tại Đại học Cologne. Ảnh trái: Cedric
Kreusel, Wuppertal, Ảnhphải: Selina Olthof, Cologne
Khi các cặp đôi tế bào kết nối với nhau, một lớp oxit indium
mỏng được tích hợp vào pin mặt trời với độ dày 1,5 nanomet đảm bảo tổn thất điện
tử ở mức thấp nhất có thể. Nhóm nghiên cứu Cologne đánh giá những thuộc tính
năng lượng và điện của các giao diện và kết nối liên kết nối, xác định những
quá trình tổn thất và tối ưu hóa hơn nữa các thành phần. Mô phỏng của nhóm nhà
khoa học Wuppertal cho thấy kỹ thuật các tế bào song song có thể đạt đến hiệu
suất hơn 30% trong tương lai với phương pháp này.