Hình 1.4. Lịch sử phát triển của pin mặt trời perovskite [16]
Sự phát triển của pin mặt trời perovskite lai hữu cơ-vô cơ đã gây bất ngờ cho cộng đồng nghiên cứu với hiệu suất vượt trội và sự phát triển nhanh chóng chưa từng có của nó, hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) tăng vọt lên tới 25,2 % chỉ trong thời gian ngắn (Hình 1.4) [16] [18]. Các cation hữu cơ, cụ thể là methylammonium (MA), lần đầu tiên đã được Weber và Naturforsch sử dụng để tạo thành vật liệu perovskite halogen lai hữu cơ-vô cơ (hybrid inorganic-organic perovskite) vào năm 1978 với công thức hóa học là CH3NH3MX3 với M = Pb hoặc Sn và X = Cl, Br hoặc I. Năm 2006, Miyasaka và các đồng nghiệp tiên phong đưa các perovskite lai CH3NH3PbI3 như là chất nhạy quang trên nano xốp TiO2 trong pin mặt trời DSSC dùng chất lỏng điện ly và nhận được một hiệu suất 2,2 %. Trong năm 2009, hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) 3,8 % đã đạt được bằng cách thay thế Br với I [3]. Trong năm 2011, N.G.Park và các đồng nghiệp công bố pin CH3NH3PbI3 đã đạt được một hiệu suất 6,5 % bằng cách sử dụng các hạt nano perovskite (đường kính ~2.5 nm) trên TiO2 để làm nhạy sáng với sự có mặt của chất điện giải dạng lỏng nhằm cải thiện sự hấp thụ qua các chất màu (dye) thông thường [19]. Tuy nhiên, những thiết bị này là rất dễ bị hòa tan trong dung dịch điện ly có
tính phân cực. Do đó, vào năm 2012 N.G.Park & Michael Gratzel làm pin với một chất điện ly rắn 2,2’,7,7’-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9’- spirobifluorene (Spiro-OMeTAD) được sử dụng làm lớp vận chuyển lỗ trống (HTM), đạt hiệu suất ban đầu là 9.7 % và bền tới 500 h, sự ổn định được cải thiện đáng kể so với các linh kiện thiết kế tương tự với chất điện ly lỏng [20]. Cùng năm đó, một linh kiện không có lớp HTM đã đạt được PCE ~ 7,3 % [21]. Sau đó, Snaith và các cộng sự báo cáo thay thế các loại n TiO2 vật liệu vận dẫn electron (ETM) bằng lớp Al2O3, đạt hiệu suất 10,9 % [22]. Tiếp đến, vào năm 2013, GS. Michael Gratzel (EPFL) đã chế tạo được pin đạt PCE ~15% công bố trên tạp chí uy tín hàng đầu Nature [15]. Điều này thúc đẩy mạnh mẽ các nhà khoa học nghiên cứu vật liệu perovskite lai hữu cơ-vô cơ (hybrid inorganic-organic perovskite) với công nghệ chế tạo chi phí thấp. Chỉ sau một thời gian ngắn, với tốc độ phát triển nhảy vọt đến nay pin mặt trời perovskite (PSCs) đã đạt tới hiệu suất được ghi nhận là 25,2 % [18]. Hiệu suất này là đã đủ khả năng cạnh tranh với các pin mặt trời thương mại hiện có, hơn nữa với nguồn nguyên liệu giá thành rẻ, công nghệ chế tạo đơn giản nên PSC có tiềm năng là ứng cử viên thay thế cho các công nghệ pin mặt trời trước đây.