Buzz
Với hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng lên tới 93,5% so với giới hạn lý thuyết, pin mặt trời siêu mỏng này đã tiến rất gần đến việc thành công trong thương mại hóa.
Nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne (EPFL) vừa công bố một phương pháp đột phá để nâng cao hiệu suất và độ bền của pin mặt trời perovskite, mở ra triển vọng lớn cho việc ứng dụng rộng rãi trong tương lai gần.
Cụ thể, dưới sự dẫn dắt của hai tiến sĩ Lukas Pfeifer và Likai Zheng, nhóm nghiên cứu đã phát triển kỹ thuật "biến dạng cấu trúc tinh thể" (lattice strain) để cố định ion rubidium (Rb) trong lớp vật liệu perovskite. Phương pháp này giúp giảm thiểu sự mất mát năng lượng và tăng hiệu suất chuyển đổi ánh sáng lên 93,5%, đạt gần giới hạn lý thuyết.
Perovskite là một loại vật liệu bán dẫn có cấu trúc tinh thể độc đáo, từ lâu đã được biết đến nhờ khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời hiệu quả và chi phí sản xuất thấp hơn đáng kể so với silicon - công nghệ pin mặt trời phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, điểm yếu lớn của perovskite là sự thiếu ổn định theo thời gian và tình trạng mất mát năng lượng do tái kết hợp phi bức xạ.
Nhờ vào việc ứng dụng kỹ thuật biến dạng tinh thể và bổ sung ion chloride (Cl), các nhà khoa học đã khắc phục được hầu hết những hạn chế trước đây. Các ion chloride giúp cân bằng kích thước nguyên tử, ổn định rubidium và giảm thiểu khuyết tật trong cấu trúc vật liệu, giúp lớp pin perovskite ổn định lâu dài và hiệu quả hơn.
Kết quả thử nghiệm thực tế rất ấn tượng: vật liệu perovskite mới đạt điện áp hở mạch (open-circuit voltage) lên đến 1,30 volt, một trong những giá trị cao nhất ghi nhận được đối với dòng vật liệu perovskite dải rộng (wide-bandgap). Đồng thời, hiệu suất lượng tử phát quang (PLQY) cũng tăng mạnh, chứng tỏ rằng năng lượng bị lãng phí trong quá trình chuyển đổi ánh sáng thành điện là cực kỳ thấp.
Một điểm đáng chú ý của công nghệ pin mặt trời mới này là độ mỏng và nhẹ vượt trội so với pin silicon truyền thống. Các lớp pin perovskite có thể được chế tạo cực mỏng, linh hoạt và dễ dàng tích hợp lên nhiều loại bề mặt khác nhau, kể cả bề mặt cong hoặc không đồng đều. Do đó, công nghệ này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi, không chỉ trong điện mặt trời dân dụng mà còn có thể xuất hiện trên các thiết bị điện tử như smartphone, laptop, và đặc biệt là các phương tiện di chuyển như xe điện.
Theo lý thuyết, khi ứng dụng vào ngành công nghiệp ô tô điện, các tấm pin perovskite có thể phủ kín mui xe, thân xe hoặc thậm chí cửa kính để tối ưu khả năng hấp thu ánh sáng, liên tục bổ sung điện năng cho hệ thống pin chính, từ đó giúp kéo dài quãng đường di chuyển. Tương tự, trên điện thoại di động, những lớp pin siêu mỏng này có thể được tích hợp vào mặt lưng, giúp kéo dài thời gian sử dụng pin hoặc hỗ trợ sạc bổ sung khi người dùng di chuyển ngoài trời.
Tuy nhiên, trước khi có thể thương mại hóa rộng rãi trên các thiết bị điện thoại hay xe điện, pin perovskite vẫn cần vượt qua nhiều thách thức, đặc biệt là về độ bền lâu dài. Môi trường hoạt động của ô tô và điện thoại rất khắc nghiệt với sự thay đổi nhiệt độ liên tục, rung lắc, độ ẩm cao và va chạm mạnh. Đây vẫn là những rào cản kỹ thuật lớn mà vật liệu perovskite cần giải quyết để đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng và an toàn sản phẩm tiêu dùng.
Liệu trong tương lai gần, pin mặt trời siêu mỏng có thể phủ kín thân xe điện hoặc được tích hợp vào smartphone phổ thông? Câu trả lời chắc chắn sẽ phụ thuộc vào việc các nhà khoa học có giải quyết được các thách thức về độ bền và ổn định của vật liệu trong điều kiện thực tế hay không. Tuy nhiên, với những bước tiến vượt bậc gần đây từ nhóm nghiên cứu tại EPFL, viễn cảnh xe điện và điện thoại tự sạc dưới ánh sáng mặt trời đang ngày càng trở nên gần hơn bao giờ hết.
