Perovskite halide chì hybrid là nhóm vật liệu tổng hợp đặc biệt đã trở thành chủ đề của nghiên cứu khoa học chuyên sâu vì chúng có triển vọng cách mạng hóa lĩnh vực năng lượng mặt trời. Trong những năm qua, pin mặt trời perovskite có giá thành rẻ và dễ sản xuất cũng như có hiệu quả năng lượng gần bằng silicon - vật liệu đang được sử dụng trong hầu hết các tấm pin mặt trời gia dụng.

Nghiên cứu mới chứng minh perovskite halide chì hybrid cũng có thể được tối ưu hóa để tái chế ánh sáng và đây mới chỉ là sự khởi đầu. Pin mặt trời hoạt động bằng cách hấp thụ photon từ mặt trời để sinh ra các điện tích, nhưng quá trình này cũng có tác dụng ngược lại, vì khi các điện tích tái kết hợp, chúng có thể tạo ra photon. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ rõ pin perovskite có thêm khả năng hấp thụ lại photon tái sinh, quy trình được gọi là "tái chế photon" gây hiệu ứng tập trung bên trong pin như là sử dụng thấu kính để hội tụ ánh sáng vào một điểm duy nhất.

Theo các nhà nghiên cứu, khả năng tái chế photon này có thể được khai thác tương đối dễ để chế tạo các loại pin có khả năng làm tăng hiệu quả năng lượng trong các tấm pin mặt trời.

Pin mặt trời perovskite được thử nghiệm thành công năm 2013 và được Tạp chí Science đánh giá là một trong những đột phá của năm. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu đã tiến bộ nhanh chóng trong việc cải thiện hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện năng của loại pin này và gần đây hiệu suất chuyển đổi đạt khoảng 20% sánh ngang với pin silicon. Bằng cách chứng minh pin perovskite có thể tái chế proton, nghiên cứu mới cho thấy loại pin này có thể vượt quá ngưỡng hiệu suất đó.

Nghiên cứu liên quan đến việc chiếu laser vào một phần của mẫu vật liệu perovskite chì iodide dày 500 nano mét. Perovskite phát xạ ánh sáng khi nó tiếp xúc với ánh sáng. Do đó, các nhà khoa học có thể để đo lường hoạt động của photon bên trong mẫu dựa vào ánh sáng phát xạ.

Gần nơi ánh sáng laser chiếu trên màng, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra phát xạ ánh sáng cận hồng ngoại. Tuy nhiên, điều quan trọng là phát xạ này cũng được phát hiện ở xa điểm mà laser tác động đến mẫu, cùng với phát xạ thứ hai gồm các photon năng lượng thấp hơn.

Luis Miguel Pazos Outón, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Các thành phần năng lượng thấp cho phép vận chyển điện tích trên quãng đường dài, nhưng thành phần năng lượng cao không thể tồn tại trừ phi các photon được tái chế. Tái chế là một tính chất mà các vật liệu như silicon không có. Hiệu ứng này tập trung nhiều điện tích trong không gian rất nhỏ. Các điện tích này được sản sinh nhờ kết hợp các proton đến với các proton được tạo ra bên trong chính vật liệu. Quá trình này làm tăng hiệu quả năng lượng của pin”.

Như một phần của nghiên cứu, Pazos Outón cũng đã thực hiện trình diễn đầu tiên về pin mặt trời perovskite tiếp xúc ngược. Loại pin này được chứng minh có khả năng vận chuyển dòng điện xa điểm tiếp xúc với laser hơn 50 micro mét, khoảng cách xa hơn mức các nhà nghiên cứu dự báo và là kết quả trực tiếp của hoạt động tái chế photon diễn ra trong mẫu.

Các nhà nghiên cứu tin rằng pin mặt trời perovskite có thể đạt hiệu suất cao hơn nhiều so với mức hiện nay.