Sự thật về perovskite - Vật liệu kỳ diệu vượt trội so với silicon hiện nay

Các nhà nghiên cứu đã khám phá ra những đặc tính bí ẩn của perovskite - thứ được gọi là “vật liệu thần kỳ”. Từ đó mở đường cho công cuộc phát triển các cell pin năng lượng mặt trời hiệu suất rất cao, vượt xa công nghệ hiện tại.

Thông qua sử dụng các kỹ thuật kính hiển vi mới, các nhà khoa học từ Đại học Cambridge đã lý giải được tại sao cấu trúc kém ổn định của perovskite, lại có thể làm tăng tính hiệu quả sử dụng của nó.

 Perovskite cũng có thể được tổng hợp trong phòng thí nghiệm.

Vật liệu perovskite nổi lên trong những năm gần đây như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các cell pin năng lượng Mặt trời, vốn dựa vào tinh thể silicon. Chúng hấp thụ ánh sáng Mặt trời, chuyển đổi thành điện năng hiệu quả hơn cũng như có giá thành sản xuất rẻ hơn.

Cách đây chưa đầy một năm, các nhà khoa học từ Đại học Kỹ thuật Berlin đã đạt được kỷ lục thế giới mới về hiệu suất pin mặt trời với perovskite, đánh bại kỷ lục 28% của lớp silicon tiêu chuẩn với hiệu suất 29,15%.

Nghiên cứu mới nhất này do Phòng thí nghiệm Cavendish của Cambridge hợp tác cơ sở synctron Diamond Light Source ở thị trấn Didcot (Vương quốc Anh), cùng với Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa Nhật Bản, hợp tác thử nghiệm các kỹ thuật khác nhau để hiểu rõ hơn về perovskite.

“Ý tưởng của chúng tôi là thực hiện một cái gì đó gọi là hiển vi đa thể thức, theo đó xem xét các mẫu giống nhau bằng nhiều loại kính hiển vi và về cơ bản cố gắng tìm ra mối tương quan các đặc tính mà chúng tôi rút ra từ từng thứ”, Kyle Frohna, nghiên cứu sinh tiến sĩ của Đại học Cambridge cho biết.

“Những gì chúng ta thấy là hai dạng hỗn loạn cùng xảy ra song song. Hỗn loạn điện tử liên quan đến các khiếm khuyết làm giảm hiệu suất, sau đó rối loạn hóa học không gian dường như cải thiện nó. Những gì chúng tôi phát hiện là rối loạn hóa học - rối loạn ‘tốt’ trong trường hợp này - sẽ giảm thiểu rối loạn ‘xấu’ từ khiếm khuyết, bằng cách chiết tách các chất mang điện tích”.

Được tôi luyện sâu bên trong lớp vỏ Trái đất, perovskite cũng có thể được tổng hợp trong phòng thí nghiệm và có tiềm năng biến đổi nhiều lĩnh vực khác nhau.

Perovskite đã được ca ngợi là “vật liệu thần kỳ” vì tiềm năng biến đổi hoàn toàn mọi thứ từ năng lượng Mặt trời đến tốc độ internet.

Nó thậm chí có thể nắm giữ “chìa khóa” của siêu kết nối, khi mà một nghiên cứu năm 2017 cho thấy, vật liệu này có thể tăng tốc độ xử lý của máy tính và internet lên đến 1.000 lần.

Miguel Anaya, một nhà nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Hóa học và Công nghệ Sinh học của Đại học Cambridge, cho biết: “Phương pháp này mở đường cho những hướng đi mới để tối ưu hóa ở quy mô nano, hoạt động tốt hơn cho ứng dụng nhắm tới”.

“Giờ đây, chúng ta có thể xem xét các loại perovskite khác nhau, không chỉ hữu dụng đối với cell pin mặt trời mà còn hiệu quả đối với đèn LED hoặc máy dò và hiểu được nguyên lý hoạt động của chúng”.

Giáo sư khoa học vật liệu Z. Valy Vardeny từ Đại học Utah đã mô tả phát hiện này là “không thể tin được, một vật liệu kỳ diệu” vào năm 2017, sau khi các nhà nghiên cứu cải thiện được hiệu suất ánh sáng Mặt trời - năng lượng của perovskite lên hơn 10 lần chỉ trong vài năm.

• Vì sao Mặt trăng lại có thể được coi là hành tinh?
• Vạn Lý Trường Thành có bất khả xâm phạm?
• Huyền thoại về "con đường tơ lụa" nổi tiếng trong lịch sử