Tin ngành

Tế bào pin mặt trời perovskite diện tích lớn với tiếp điểm kim loại đồng

By admin 29/09/2021 1358 Lượt xem

Một nhóm nghiên cứu ở Ấn Độ đã chế tạo một tế bào pin perovskite có tiếp điểm kim loại dựa trên đồng, thay vì vàng đắt tiền. Thiết bị này cho thấy hiệu suất gần như tương đương với tế bào pin được phát triển bằng quá trình kim loại hóa vàng nhưng độ ổn định của nó thấp hơn nhiều. Để khắc phục vấn đề này, các nhà khoa học đề xuất sử dụng tiếp điểm kim loại được làm bằng một lớp vàng mỏng và một lớp đồng dày hơn bên trên.

Các pin mặt trời có diện tích hoạt động là 0,25cm2 và 2cm2.

Các tế bào pin mặt trời có diện tích hoạt động là 0,25cm2 và 2cm2.

Hình ảnh: Viện Công nghệ Ấn Độ Bhilai

Một nhóm các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Ấn Độ Bhilai đã phát triển một tế bào pin mặt trời perovskite với diện tích hoạt động là 2cm2 và một điện cực tiếp xúc mặt sau làm bằng đồng (Cu). Nhà nghiên cứu Nikhil Chander nói với pv magazine: “Các nỗ lực đang được thực hiện để cải thiện tính ổn định với các vật liệu perovskite mới và giảm chi phí ở mọi bước xử lý có thể. “Công việc của chúng tôi đã tập trung vào việc giảm chi phí bằng cách sử dụng các tiếp điểm bằng đồng thay vì vàng”.

Pin mặt trời được chế tạo thông qua kỹ thuật phủ xoay hai bước với chất nền oxit thiếc pha tạp flo (FTO); một lớp perovskite chì metylammonium (MAPbI3) được kẹp giữa lớp vận chuyển electron titan oxit (TiO2) (ETL) và lớp vận chuyển lỗ trống (HTL) làm bằng Spiro-OMeTA; và một điện cực bằng đồng. Một thiết bị tương tự với điện cực dẫn điện bằng vàng (Au) cũng được chế tạo, để làm tế bào pin tham chiếu. Nhóm nghiên cứu Ấn Độ chỉ rõ: “Tiếp điểm của các điện cực bằng đồng hoặc vàng được lắng qua một mặt nạ bóng kim loại bằng cách bay hơi nhiệt để hoàn thành quá trình chế tạo tế bào“.

Các nhà nghiên cứu giải thích rằng đồng, bạc và nhôm được sử dụng làm tiếp điểm kim loại thường dẫn đến các vấn đề không ổn định, vì sự khuếch tán của các kim loại này với Spiro-OMeOTAD hoặc lớp perovskite có phản ứng hóa học có thể gây bất lợi cho hoạt động của tế bào pin. Các nhà nghiên cứu cho biết: “Trong số những kim loại này, đồng rẻ tiền và có chức năng làm việc tương đối cao hơn với độ ổn định tốt“. Cơ năng làm việc là năng lượng cần thiết để một hạt đi ra từ bên trong môi trường và xuyên qua bề mặt. Hiệu ứng này cần được xem xét khi thực hiện kết nối giữa các kim loại khác nhau trong một số mạch điện tử.

Các nhà khoa học đã xây dựng một tế bào pin có diện tích hoạt động 0,25cm2 và một tế bào lớn hơn có diện tích 2cm2, hiệu suất của chúng được đo dưới bức xạ AM 1,5G tiêu chuẩn bằng cách sử dụng đèn xenon 300 W làm nguồn sáng.

Các tế bào pin đã được thử nghiệm trong khoảng thời gian 7 tuần.
Hình ảnh: Viện Công nghệ Ấn Độ Bhilai

Tế bào 0,25cm2 có hiệu suất là 9,78%, điện áp hở mạch là 0,99 V, mật độ dòng điện ngắn mạch là 18,82 mA / cm2, hệ số lấp đầy là 53%. Để so sánh, cùng một thiết bị có tiếp điểm bằng kim loại Au đạt hiệu suất 10,42%, hiệu điện thế mạch hở 0,94 V, mật độ dòng điện ngắn mạch là 20,31 mA / cm2, hệ số lấp đầy là 54%. Thiết bị được chế tạo với điện cực có tiếp điểm bằng vàng cũng được phát hiện có mật độ dòng rò thấp, có lợi cho hệ số lấp đầy.

Khi tăng kích thước lên đến 2cm2, tế bào pin cho thấy điện áp hở mạch giảm thấp hơn và dòng quang giảm đáng kể. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: “Điện trở Shunt của cả thiết bị sử dụng Cu và Au đều giảm khi kích thước của thiết bị được tăng lên. “Đó là một dấu hiệu của việc gia tăng hiệu ứng Shunting phát sinh do việc mở rộng diện tích thiết bị.”

Tế bào pin được chế tạo bằng kim loại hóa đồng cho thấy hiệu suất là 5,61% và dựa trên vàng là 5,92%. Những hiệu suất này đã được kiểm tra trong khoảng thời gian 7 tuần và tế bào sử dụng vàng có thể giữ lại khoảng 74% hiệu suất ban đầu trong khi tế bào làm bằng đồng chỉ giữ lại khoảng 35% hiệu suất ban đầu. “Sau 14 ngày trong điều kiện môi trường xung quanh, màu sắc của phim perovskite trông còn mờ nhạt hơn“. "Đó là một dấu hiệu sự xuống cấp của màng dưới tác động của không khí và độ ẩm." Sự suy giảm này là nguyên nhân dẫn đến sự giảm mạnh giá trị dòng quang và dẫn đến giảm hệ số lấp đầy.

Kết luận chính của nghiên cứu là không thể loại bỏ hoàn toàn vàng ngay lập tức và về vấn đề này, các nhà khoa học khuyên bạn nên sử dụng mặt tiếp xúc kim loại được làm từ một lớp vàng mỏng và một lớp đồng dày hơn bên trên. Các nhà nghiên cứu tuyên bố: “Điều này sẽ đảm bảo rằng lớp perovskite không tiếp xúc trực tiếp với đồng và việc sử dụng vàng được giảm thiểu“. “Theo cách này, việc sử dụng vàng có thể giảm khoảng 80%,” Chander nói với pv magazine.

Tế bào pin mặt trời được mô tả trong bài báo Nghiên cứu độ ổn định của tế bào pin mặt trời perovskite diện tích lớn kết hợp đồng làm mặt tiếp xúc kim loại với chi phí thấp, được công bố trên tạp chí Energy Research.

Nguồn: https://www.pv-magazine.com/2021/09/28/large-area-perovskite-solar-cell-with-copper-metal-contact/