Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Singapore đã phát triển một loại pin mặt trời song song perovskite-hữu cơ mới, được chứng nhận đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) 26.4% trong phạm vi hoạt động 1 cm² - lập kỷ lục thế giới mới cho loại thiết bị này. Những phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Nature số mới nhất.

Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng pin song song mới phát triển kết hợp độ mỏng và tính linh hoạt, cho phép tích hợp trực tiếp trong tương lai vào các thiết bị hỗ trợ AI như máy bay không người lái, hàng dệt thông minh và thiết bị đeo để cung cấp năng lượng sạch.

Đổi mới đột phá: Chất hấp thụ hữu cơ có khoảng cách hẹp

Cốt lõi của sự tiến bộ này nằm ở bộ hấp thụ hữu cơ dải hẹp tiên phong của nhóm. Hoạt động như một "bẫy photon" chính xác, nó thu giữ hiệu quả các photon trong vùng hồng ngoại gần (NIR), vượt qua thành công tình trạng tắc nghẽn kỹ thuật lâu đời trong quá trình phát triển pin mặt trời màng mỏng song song.

Trong khi các khoảng cách dải có thể điều chỉnh của vật liệu bán dẫn hữu cơ và perovskite có tiềm năng vượt qua giới hạn hiệu suất lý thuyết thì khả năng hấp thụ NIR thấp vẫn liên tục cản trở sự tiến bộ.

Thiết kế phân tử sáng tạo

Để giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một chất nhận hữu cơ không đối xứng. Cấu trúc này không chỉ mở rộng phạm vi hấp thụ ánh sáng vào các vùng NIR sâu mà còn duy trì đủ lực đẩy tách điện tích trong khi cho phép sắp xếp phân tử có trật tự cao. Thông qua quang phổ cực nhanh và phân tích vật lý thiết bị, nhóm nghiên cứu đã xác nhận rằng thiết kế này đạt được khả năng thu thập điện tích hiệu quả với tổn thất năng lượng tối thiểu.

Tích hợp thiết bị và hiệu suất

Trên thực tế, các nhà nghiên cứu đã xếp chồng lớp tế bào hữu cơ hiệu suất cao này với một tế bào perovskite ở trên cùng, tích hợp chúng thông qua một lớp xen kẽ oxit dẫn điện trong suốt. Các kết quả chính bao gồm:

● 27.5% PCE cho thiết bị vi mô 0.05 cm2

● 26.7% PCE cho thiết bị tiêu chuẩn 1 cm2

● Hiệu suất được chứng nhận độc lập là 26.4% cho cell 1 cm2

Thành tựu này không chỉ phá vỡ kỷ lục song song perovskite-hữu cơ mà còn vượt trội hơn các tế bào perovskite-CIGS có cùng kích thước và các tế bào perovskite nối đơn.