Bước đột phá trong công nghệ pin năng lượng mặt trời perovskite

Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng do năng lượng này trải rộng và ít ảnh hưởng tới môi trường. Ngành công nghiệp chế tạo pin mặt trời đã có những bước tiến đáng kể như hiệu suất pin ngày càng tăng, pin mỏng hơn, dễ uốn dẻo hơn, mở ra một tương lai thường được miêu tả trong các bộ phim viễn tưởng nơi pin mặt trời được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống.

Trong số các loại pin mặt trời đang được nghiên cứu, có một loại pin chỉ vừa mới được các nhà khoa học để ý đến trong mấy năm gần đây nhưng đã tạo ra bước đột phá hứa hẹn sẽ trở thành mũi nhọn trong nghiên cứu pin mặt trời, đó là pin perovskite.

Perovskite là tên của một loại cấu trúc tinh thể dạng ABX3 (được phát hiện lần đầu tiên trong hợp chất CaTiO3), A đại diện cho các gốc hữu cơ như CH3NH3+, C2H5NH3+, HC(NH2)2+; B là Pb2+, Sn2+ hoặc Cu2+ và X là các gốc halogen như Cl-, Br-, I-.

Giống như nhiều loại vật liệu, pin perovskite cũng được nghiên cứu thử nghiệm ở các điều kiện và thiết bị khác nhau, từ đó đem lại những phát hiện đáng kinh ngạc cho các nhà khoa học.

Mới đây nhóm nghiên cứu Trường Đại học Surrey đã giúp tạo ra một kỹ thuật sản xuất pin mặt trời perovskite hiệu suất cao nhất, họ đã được ghi nhận điều này.

Theo tính toán của các chuyên gia, pin mặt trời perovskite thay thế pin mặt trời silicon truyền thống và nó được xem như là thế hệ mới của pin mặt trời với hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn và chi phí đầu tư và sản xuất thấp hơn nhiều so với pin mặi trời silicon truyền thống.

Pin perovskite đang dần trở thành ngôi sao trong dòng pin mặt trời do sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật như nguồn khoáng vật phong phú, dễ chế tạo bằng nguyên liệu rẻ tiền ở nhiệt độ thấp, màng mỏng được chế tạo ra có giá trị cấu trúc tương đương với những loại pin silic đắt tiền được chế tạo cầu kì. Hơn nữa, những tấm phim sử dụng vật liệu này mỏng và linh động hơn dòng pin silic nên có thể dùng để chế tạo các thiết bị nhẹ, có thể uốn cong và những tấm pin mặt trời nhiều màu sắc với độ trong khác nhau.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh và các trường đại học Surrey, Oxford và Cambridge đã trình bày chi tiết một phương pháp mới để giảm thiểu quá trình xử lý không mong muốn có tên gọi là tái tổ hợp không bức xạ - làm pin mặt trời perovskite bị thất thoát năng lượng và giảm hiệu suất hoạt động.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một kỹ thuật có tên gọi là giải pháp tăng trưởng thứ cấp (SSG) để làm tăng điện áp của các pin mặt trời perovskite nghịch đảo bằng 100 milivolt, đạt 1,21 volt mà không ảnh hưởng đến chất lượng của pin mặt trời hoặc dòng điện chạy qua thiết bị. Họ đã thử nghiệm kỹ thuật trên thiết bị PCE với kết quả thu được là hiệu suất chuyển đổi đạt 20.9%. Thiết bị PCE được ghi nhận là có khả năng đảm bảo giá trị cao nhất cho các pin mặt trời perovskite bị nghịch đảo.

Tiến sĩ Wei Zhang (Viện Công nghệ Tiên tiến của Đại học Surrey) cho biết: “Nhu cầu sử dụng năng lượng sạch và bền vững để giúp chúng ta ngừng việc làm tổn hại đến hành tinh của chúng ta là việc đang thôi thúc chúng tôi nghiên cứu tìm ra giải pháp. Kỹ thuật mới của chúng tôi cho thấy rằng có rất nhiều hứa hẹn với các tế bào năng lượng mặt trời perovskite và chúng tôi tập trung vào việc mở rộng khám phá nhiều hơn nữa trong tương lai”.

Giáo sư Ravi Silva, Giám đốc Viện Công nghệ Tiên tiến tại Đại học Surrey, cho biết: “Ông rất vui được thấy Viện Công nghệ Tiên tiến đã tham gia vào dự án toàn cầu này. Đây là một dự án mà có thể tạo ra các giải pháp đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng thực sự bền vững, chi phí tiết kiệm và “xanh”. Đây cũng là một nỗ lực lớn của các phòng thí nghiệm hàng đầu, các nhà nghiên cứu và các tổ chức từ khắp nơi trên thế giới, tất cả họ đều làm việc cùng nhau vì lợi ích chung”.