Các tế bào năng lượng mặt trời perovskite được làm từ một hỗn hợp của các phân tử hữu cơ và các nguyên tố vô cơ cùng thu ánh sáng và chuyển đổi nó thành điện năng, giống như các tế bào năng lượng mặt trời silicon phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, các thiết bị quang điện perovskite có thể được thực hiện dễ dàng hơn và rẻ hơn so với silicon. Các tế bào năng lượng mặt trời perovskite đầu tiên có thể được tung ra thị trường trong năm tới, được báo cáo là có thể thu 20% năng lượng mặt trời.

Trong một bài báo trực tuyến trước khi công bố trên tạp chí Nature Materials, các nhà khoa học tại Đại học California, Berkeley, và Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley báo cáo một thiết kế mới đạt hiệu quả trung bình là 18,4%, với mức cao là 21,7% và một hiệu suất cao nhất là 26%.

"Chúng tôi đã thiết lập kỷ lục cho các thông số khác nhau của các tế bào năng lượng mặt trời perovskite, bao gồm cả thông số hiệu quả" tác giả Alex Zettl, một giáo sư đại học UC Berkeley của vật lý, thành viên cao cấp giảng viên tại Phòng thí nghiệm Berkeley và là thành viên của Viện Năng lượng Nanosciences Kavli nói. "Hiệu quả cao hơn so với bất kỳ tế bào perovskite khác - 21,7 phần trăm -. Mà là một số hiện tượng, xem xét chúng tôi là vào đầu tối ưu hóa này"

"Điều này có một tiềm năng rất lớn để có quang điện rẻ nhất trên thị trường, cắm vào bất kỳ hệ thống năng lượng mặt trời nhà", Onur Ergen, tác giả chính của bài báo và một sinh viên vật lý đại học UC Berkeley cho biết.

Hiệu quả cũng tốt hơn 10-20% hiệu quả của các tế bào năng lượng mặt trời đa tinh thể silicon được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị điện tử lớn và nhà cửa. 

Các thành tích đạt được là nhờ cách kết hợp hai vật liệu perovskite năng lượng mặt trời perovskite - mỗi vật liệu điều chỉnh để hấp thụ một bước sóng hoặc màu sắc của ánh sáng mặt trời khác nhau.

Chìa khóa để kết hợp hai nguyên liệu vào trong một tế bào năng lượng mặt trời là một dày đơn nguyên tử nitride boron lục giác dày, trông giống như một lớp lưới thép mỏng tách các lớp perovskite. Trong trường hợp này, các vật liệu perovskite được làm từ các phân tử metyl hữu cơ và ammonia, nhưng 1 vật liệu chứa các kim loại thiếc và i-ốt, trong khi cái còn lại có chứa chì và iốt pha tạp với brôm. Vật liệu 1 được điều chỉnh để ưu tiên hấp thụ ánh sáng với năng lượng 1 electron-volt (eV) - hồng ngoại, hoặc năng lượng nhiệt - trong khi lớp còn lại hấp thụ các photon năng lượng 2 eV, hoặc bước sóng màu hổ phách.

Các lớp tế boron nitride cho phép hai vật liệu perovskite để làm việc với nhau và tạo ra điện từ ánh sáng trên toàn bộ phạm vi của màu sắc giữa 1 và 2 eV.

Các perovskite / boron nitride bánh sandwich được đặt trên đỉnh một aerogel nhẹ của graphene nhằm thúc đẩy sự phát triển của các tinh thể perovskite mịn hạt viên, phục vụ như là một rào cản độ ẩm và giúp ổn định giao thông vận tải chịu trách nhiệm mặc dù các tế bào năng lượng mặt trời, Zettl nói. Độ ẩm làm cho perovskite sụp đổ.

Toàn bộ sự việc được giới hạn ở mức dưới cùng với một điện cực vàng và ở trên cùng là một lớp gallium nitride thu thập các electron được tạo ra bên trong tế bào. Các lớp hoạt động của các tế bào năng lượng mặt trời màng mỏng dày khoảng 400 nanomet.

"Kiến trúc của chúng tôi là một chút giống như xây dựng một con đường ô tô chất lượng," Zettl nói. "Các aerogel graphene hoạt động như các công ty, lớp dưới cùng nghiền đá hoặc nền tảng, hai lớp perovskite là như sỏi và cát lớp mịn lắng đọng trên đầu đó, với boron nitride lớp diễn xuất của lục giác giống như một màng mỏng tấm giữa sỏi và cát mà giữ cát từ khuếch tán vào hoặc trộn quá nhiều với sỏi mịn hơn. các lớp gallium nitride phục vụ như là lớp nhựa đường hàng đầu. "

Có thể thêm nhiều hơn các lớp của perovskite ngăn cách bởi nitrua bo lục giác, mặc dù điều này có thể không cần thiết, cho hiệu quả phổ rộng họ đã thu được, các nhà nghiên cứu cho biết.

"Mọi người đã có ý tưởng này dễ thực hiện, roll-to-cuộn quang điện, nơi bạn kéo nhựa ra một cuộn, phun trên vật liệu năng lượng mặt trời, và cuộn nó lại lên," Zettl nói. "Với chất liệu mới này, chúng tôi đang trong chế độ sản xuất hàng loạt roll-to-cuộn, nó thực sự giống như phun sơn."