Giải pháp kỹ thuật giúp pin mặt trời mỏng, rẻ và hiệu quả hơn

Pin mặt trời với công nghệ tối ưu mới. Ảnh: INL

Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Công nghệ Nano Quốc tế Iberia (INL) đã phát triển một loại pin mặt trời siêu mỏng hoàn toàn mới. Nhóm nghiên cứu cho biết, bước đột phá này có thể mở ra cánh cửa cho các ứng dụng năng lượng mặt trời trong tương lai với đặc tính nhẹ và linh hoạt hơn.

Những tấm pin này đặc biệt triển vọng nhờ nhu cầu vật liệu thấp, linh hoạt, chi phí và thời gian sản xuất tương đối thấp. Tuy vậy, chúng có nhược điểm là lớp hấp thụ ánh sáng được làm quá mỏng khiến lượng ánh sáng mặt trời bị giữ lại và chuyển đổi thành điện năng sẽ bị ít đi, một phần năng lượng sẽ bị rò rỉ. Điều này khiến hiệu suất của pin giảm.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm INL đã phối hợp với Đại học Uppsala, Thụy Điển, thiết kế một loại gương có cấu trúc nano đặt ở mặt sau của pin mặt trời bằng cách thêm một lớp vàng cực mỏng có hoa văn, phủ bên trên là lớp oxit nhôm.

Cấu trúc này hoạt động như một tấm gương bẫy ánh sáng, cho phép phản xạ ánh sáng trở lại vào pin để được hấp thụ tiếp lần thứ hai.

Pin mặt trời siêu mỏng thế hệ mới

Lớp phủ oxit nhôm cũng giúp giảm thất thoát điện năng ở bề mặt phía sau (hay được gọi là quá trình thụ động hóa bề mặt), giúp ngăn các electron tái hợp và lãng phí năng lượng.

Thông thường, việc tạo ra các cấu trúc nano như vậy rất tốn kém và phức tạp. Tuy nhiên, nhóm INL đã sử dụng kỹ thuật in nano, giống như đóng dấu trực tiếp hoa văn siêu nhỏ lên bề mặt, giúp quá trình nhanh hơn và phù hợp hơn với sản xuất quy mô công nghiệp.

Họ đã thử nghiệm phương pháp này trên các tấm pin mặt trời siêu mỏng ACIGS - một loại pin màng mỏng gồm các nguyên tố Ag, Cu, In, Ga, Se₂, vốn đã nổi tiếng với hiệu suất cao. Kết quả cho thấy hiệu suất tăng khoảng 1,5%, chủ yếu nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn.

Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện rằng các tấm pin hoạt động tốt nhất khi được sản xuất ở 842 độ F, nhiệt độ này ngăn các nguyên tử vàng khuếch tán - một vấn đề phổ biến có thể làm giảm hiệu suất. Ngoài ra, thiết kế này cũng có thể được áp dụng trên các vật liệu linh hoạt như màng nhựa.

Theo nhóm INL, thiết kế mới này giải quyết hai thách thức then chốt cùng lúc khi vừa quản lý ánh sáng tốt hơn, giúp giữ và bẫy được nhiều photon hơn và giúp giảm thất thoát năng lượng

Sự kết hợp này khiến các tấm pin mặt trời siêu mỏng có tính ứng dụng cao trong cuộc sống, ví dụ như các tấm pin dễ dàng được gắn trên xe ô tô, trên các tòa nhà hoặc trên điện thoại di động. Tóm lại, nhóm INL đã tìm ra cách rẻ hơn để in cấu trúc nano lên pin mặt trời siêu mỏng, giúp phản xạ ánh sáng trở lại bên trong và giảm thiểu thất thoát năng lượng.

Ứng dụng tiềm năng trong tương lai

Công nghệ này không chỉ tăng hiệu suất pin mặt trời mà còn mở đường cho các tấm pin linh hoạt, hiệu năng cao.

“Cấu trúc này cho phép chúng tôi quản lý lượng ánh sáng và giảm sự tái hợp electron trong các thiết bị siêu mỏng, đồng thời vẫn giữ cho quy trình sản xuất khả thi,” chia sẻ của André Violas, tác giả chính.

“Nghiên cứu này giúp chúng ta đến gần hơn với việc sản xuất các tấm pin mặt trời nhẹ và linh hoạt, đủ hiệu quả cho ứng dụng thực tế”, chia sẻ của nhà nghiên cứu Jennifer Teixeira. Bà bổ sung: “Công trình này là kết quả từ nỗ lực của chúng tôi trong việc kết hợp quản lý ánh sáng và thụ động hóa giao diện, khi có thể kết hợp cả hai, chúng tôi đang bắt đầu tạo ra những kiến trúc pin mặt trời hoàn toàn mới.”

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng