Phân cực ​​ngược: Thách thức tiềm ẩn đối với sự ổn định của tấm quang điện perovskite

Nghiên cứu mới của Đại học New South Wales, Australia (UNSW) cho thấy, các tế bào PV dễ bị tổn thương bởi sự phân cực ​​ngược, tạo ra bởi bóng mờ không đồng đều hoặc các vấn đề khác tại thực địa. Theo tiến sĩ khoa học Martin Green, trưởng nhóm nghiên cứu thì bản thân sự phân cực ngược và kết quả là sự tích tụ nhiệt có thể khiến một số vật liệu thường được sử dụng trong tấm quang điện mặt trời perovskite bị phân hủy, xuống cấp nhanh, suy giảm khả năng sinh điện và tuổi thọ.

Từ lâu, các vấn đề về độ ổn định đối với PV đã được quan tâm, và nhờ công nghệ phát triển, việc khắc phục nhược điểm trở nên thuận lợi hơn. Phần lớn các nghiên cứu tập trung vào cải thiện độ ổn định, các vấn đề phát sinh trong điều kiện hoạt động bình thường. Ví dụ độ nhạy cảm với oxy và độ ẩm, có thể được giải quyết thông qua lớp bọc hoặc suy giảm dưới ánh sáng UV có thể được giải quyết bằng lớp phủ phản chiếu…

Các thiết bị perovskite dễ bị hỏng do phân cực ngược, gây ra do bóng mờ. Nguồn: UNSW.

Một số vấn đề khác mới chỉ được quan tâm gần đây, nhưng hệ lụy thì rất trầm trọng đối với các thiết bị PV. Suy thoái nhiệt và tính không ổn định phân cực ngược là một trong những vấn trong số này, ngay cả đối với các tế bào silicon có bản chất ổn định hơn cũng không ngoại lệ. Vì vậy giải pháp giải quyết thỏa đáng những vấn đề này rất quan trọng với các tế bào perovskite. Phân cực ngược là cản trở khá điển hình. Theo đó, khi một ô riêng lẻ bị tô bóng và các ô khác trong mô-đun cố gắng đẩy dòng điện cao hơn qua nó sẽ khó khăn hơn. Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng phân cực ngược có thể gây thiệt hại cho ô bóng mờ,  tăng nhiệt độ gây suy giảm vật liệu, khiến pin nhanh hư hỏng, giảm hiệu suất sinh điện và tuổi thọ.

Nghiên cứu mới của UNSW đã phát hiện thấy các tế bào năng lượng mặt trời perovskite dễ bị tổn thương bởi phân cực ngược. Lý do, chúng thường tản nhiệt chậm hơn nhiều so với silicon và nhiều vật liệu thành phần điển hình có thể bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ thấp, khoảng 60 độ C. Trước tiên UNSW đề xuất các phương pháp thiết kế đơn giản để tránh rủi ro. Cụ thể, bổ sung thêm một diode đi vòng cho mỗi tế bào riêng lẻ sẽ bảo vệ tế bào tốt hơn; nếu thay đổi cách bố trí kết nối mô-đun để dòng điện chạy qua các chiều rộng của tế bào tốt hơn và bổ sung thêm thành phần để hỗ trợ tản nhiệt, thì cải tiến này sẽ mang lại hiệu quả,  hạn chế tổn thương do phân cực ngược gây ra.