Pin mặt trời Silicon - Perovskite lập 'kỳ tích' mới
Với kỳ tích đạt hiệu suất kỷ lục 32,5%, pin mặt trời sử dụng vật liệu silicon - perovskite sẽ mở ra một “kỷ nguyên mới” cho việc tận dụng nguồn tài nguyên này với chi phí thấp.
Pin điện mặt trời (solar) có tiềm năng rất lớn và được coi là nguồn năng lượng vô tận, có thể khai thác ở mọi nơi trên trái đất, kể cả miền địa cực chỉ có nửa năm được chiếu sáng. Silicon từ lâu đã thống trị ngành công nghiệp pin mặt trời, nhờ sự kết hợp vững chắc giữa hiệu quả, độ bền, chi phí và tính dễ sản xuất.
Nhiều thập kỷ tiến bộ công nghệ đã liên tục làm tăng hiệu suất của những pin mặt trời này, nhưng các hệ thống hiện nay mới chỉ tiệm cận đến giới hạn lý thuyết của vật liệu là 29,4%. Thành công của pin mặt trời silicon - perovskite sẽ mở ra một “kỷ nguyên mới” cho việc tận dụng nguồn tài nguyên này với chi phí thấp.
Bí quyết công nghệ của pin silicon - perovskite nằm ở chỗ sử dụng đồng thời hai loại vật liệu có khả năng háp thụ các bước sóng khác nhau. Trong khi silicon vượt trội hơn ánh sáng đỏ và hồng ngoại, thì perovskite khai thác tốt nhất vào ánh sáng xanh lục và xanh lam của quang phổ. Chính nhờ vậy, hiệu suất của các tấm pin mặt trời công nghệ mới này vượt trội hơn nhiều.
Năm 2018, silicon-perovskite đã lập “kỳ tích” khi đạt hiệu suất kỷ lục là 25,2%, sau đó kỷ lục này liên tục bị phá vỡ vào năm 2020 ở mức 27,7% rồi 29,15%, sau đó đạt sát 30% vào năm 2021, và giờ đây, rào cản này đã chính thức bị phá vỡ.
Nhóm các nhà khoa học Helmholtz-Zentrum Berlin do nhà vật lý Steve Albrecht đứng đầu đã nghiên cứu sử dụng loại vật liệu mới với nền là silicon được phủ perovskite phía trên, cùng với đó là sự trợ giúp của lá polyme quản lý ánh sáng (LM) được đặt ở mặt trước của thiết bị. Nhóm đã phát triển một mô hình số tinh vi cho các tính năng 3D phức tạp và sự tương tác của chúng với ánh sáng. Dựa trên những mô phỏng phức tạp này và dữ liệu thực nghiệm, nhóm nghiên cứu đã đạt được hiệu suất 32,5%.
Các mô phỏng và thực nghiệm cho thấy, pin mặt trời công nghệ mới hoạt động hiệu quả ngay cả khi chiếu xạ ánh sáng khuếch tán, tức là không chỉ khi ánh sáng chiếu vuông góc với bề mặt tấm pin. Diễn giải một cách nôm na, cho dù ánh sáng chiếu tới ở góc độ nào ta cũng không lo bị phản chiếu đi mất. Như vậy, pin mặt trời sẽ phát huy tác dụng bất cứ lúc nào trong ngày, mở ra cả khả năng sản xuất năng lượng từ mặt tiền của các tòa nhà chọc trời lớn.
Hiện chưa rõ lộ trình thương mại hóa sản phẩm ưu việt này, nhưng chắc chắn nó sẽ tạo cú hích lớn cho các mô hình điện mặt trời trong tương lai gần.
Theo Tạp chí Điện tử.
