Đột phá: Heterojunction 2D/3D tại giao diện chôn lấp

Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra một lớp perovskite hai chiều (2D) mỏng tại giao diện chôn lấp của pin perovskite ba chiều (3D). Phương pháp này giúp:

• Cải thiện chất lượng kết tinh của màng perovskite.
• Giảm hơn 90% mật độ khuyết tật tại giao diện, vốn là nguyên nhân chính hạn chế hiệu suất và độ bền của PSC.

Trước đây, việc hình thành cấu trúc 2D tại đúng vị trí giao diện chôn lấp là thách thức lớn. Để giải quyết, nhóm đã biến đổi bề mặt hạt nano SnO₂ bằng cách gắn tuần tự axit thioglycolic (TGA) và oleylamine (OAm), tạo ra vật liệu SnO₂-TGA-OAm. Nhờ liên kết hóa học mạnh giữa TGA và OAm, quá trình trao đổi cation với formamidinium iodide (FAI) chỉ diễn ra trong giai đoạn ủ nhiệt, dẫn đến sự hình thành tự phát của cấu trúc dị thể 2D/3D tại giao diện đáy của màng perovskite.

Hiệu suất đạt kỷ lục

Khi sử dụng lớp SnO₂-TGA-OAm làm tầng vận chuyển electron, các thiết bị PSC đạt:

• 26,19% hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) cho thiết bị diện tích nhỏ (0,09 cm²).
• 23,44% cho mô-đun diện tích 21,54 cm² (được chứng nhận ở mức 22,68%).
• 22,22% cho mô-đun diện tích lớn 64,80 cm².

Đây là những giá trị nằm trong nhóm cao nhất từng được báo cáo đối với PSC dựa trên dị thể 2D/3D.

Ý nghĩa thương mại

Theo tác giả chính, TS. Triệu Cường Cường, chiến lược trao đổi ligand ở trạng thái rắn này có thể dễ dàng mở rộng từ quy mô phòng thí nghiệm sang sản xuất công nghiệp. GS. Bàng Thụ Bình, tác giả liên hệ, nhấn mạnh rằng phương pháp này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn cải thiện độ ổn định vận hành, đưa công nghệ PSC tiến gần hơn tới thương mại hóa.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Energy (DOI: 10.1038/s41560-026-01980-4), mở ra hướng đi mới cho việc chế tạo dị thể 2D/3D tại giao diện chôn lấp của lớp hấp thụ perovskite, hứa hẹn thúc đẩy ứng dụng thương mại của công nghệ quang điện perovskite.