Các nhà khoa học Trung Quốc vừa đạt được một bước tiến quan trọng trong công nghệ pin mặt trời perovskite khi phát triển một chiến lược mới nhằm khắc phục những thách thức cốt lõi của vật liệu này. Thành tựu được trình bày trong bài báo khoa học đầu tiên của năm 2026 đăng trên tạp chí Science và công bố trực tuyến ngày 9/1. Công trình là kết quả hợp tác giữa nhóm nghiên cứu của Đại học Giao thông Tây An và Đại học Hạ Môn.

Vật liệu quang điện perovskite trong những năm gần đây thu hút sự quan tâm mạnh mẽ nhờ hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao và chi phí sản xuất thấp, được xem là ứng viên sáng giá cho thế hệ pin mặt trời tiếp theo. Tuy nhiên, quá trình ủ nhiệt (annealing), bước quan trọng trong quá trình chế tạo thiết bị, thường gây ra nhiều vấn đề về cấu trúc. Đặc biệt, sự hình thành các khuyết tật bề mặt như “lỗ trống iốt” có thể làm suy giảm cấu trúc perovskite. Những khuyết tật này làm tăng mức độ rối loạn mạng tinh thể, thúc đẩy sự di chuyển của ion và gây ra hiện tượng tự pha tạp không mong muốn, từ đó làm giảm hiệu suất và độ ổn định của thiết bị.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Liang Chao tại Đại học Giao thông Tây An và Giáo sư Zhang Jinbao tại Đại học Hạ Môn dẫn đầu đã đề xuất một chiến lược mới mang tên Ủ ép phân tử (MPA). Phương pháp này tạo ra một lớp khuôn phân tử dựa trên pyridine được ép trực tiếp lên bề mặt perovskite trong quá trình xử lý nhiệt, đồng thời không sử dụng dung môi. Phân tử ligand được thiết kế đặc biệt - 2-pyridylethylamine - có khả năng tạo liên kết phối trí hai điểm bền vững với các ion chì chưa được phối trí hoàn toàn. Nhờ đó, cấu trúc chì-iốt trong mạng tinh thể được ổn định, đồng thời sự hình thành và khuếch tán của các lỗ trống iốt bị ức chế hiệu quả.

Việc áp dụng chiến lược này giúp tạo ra các màng perovskite có độ kết tinh cao và mật độ khuyết tật thấp, từ đó cải thiện đáng kể khả năng vận chuyển và thu thập điện tích. Các pin mặt trời perovskite với cấu trúc n-i-p đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng được chứng nhận lên tới 26,5% đối với thiết bị diện tích nhỏ (0,08 cm²), 24,9% đối với thiết bị 1 cm², và vẫn duy trì 23,0% đối với module diện tích 16 cm². Ngoài hiệu suất cao, các thiết bị còn thể hiện độ ổn định dài hạn ấn tượng: sau 1.600 giờ hoạt động ở nhiệt độ 85°C và độ ẩm tương đối 60% theo tiêu chuẩn ISOS-L-3, hiệu suất vẫn giữ được hơn 98% so với ban đầu, đồng thời gần như không suy giảm sau hơn 5.000 giờ lưu trữ trong điều kiện môi trường tự nhiên theo tiêu chuẩn ISOS-D-1.

Nghiên cứu nhận được sự hỗ trợ từ nhiều chương trình tài trợ, bao gồm Chương trình Nghiên cứu và Phát triển Trọng điểm Quốc gia của Trung Quốc và Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc. Đại học Giao thông Tây An là đơn vị chịu trách nhiệm chính công trình. Thành tựu này được đánh giá là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ bền của pin mặt trời perovskite, qua đó thúc đẩy khả năng ứng dụng thực tế của loại vật liệu quang điện đầy triển vọng này trong các hệ thống năng lượng mặt trời thế hệ mới.

N.P.A (Nastis), theo Xjtu.edu