Kỳ vọng cách mạng từ pin mặt trời perovskite

Các kỹ sư đã phát hiện ra phương pháp mới để sản xuất pin mặt trời bằng chất bán dẫn perovskite. Nó có thể tạo ra các hệ thống có chi phí thấp hơn, hiệu quả hơn để cung cấp năng lượng.

Thế giới năng lượng mặt trời đã sẵn sàng cho một cuộc cách mạng. Các nhà khoa học đang chạy đua để phát triển một loại pin mặt trời mới sử dụng vật liệu có thể chuyển đổi điện hiệu quả hơn các tấm pin ngày nay.

Một nhà nghiên cứu của Đại học Colorado Boulder và các cộng tác viên quốc tế của ông đã tiết lộ một phương pháp cải tiến để sản xuất pin mặt trời mới, được gọi là tế bào perovskite, một thành tựu quan trọng cho việc thương mại hóa thứ mà nhiều người coi là thế hệ tiếp theo của công nghệ năng lượng mặt trời.

Ngày nay, gần như tất cả các tấm pin mặt trời đều được làm từ silicon, có hiệu suất 22%. Điều này có nghĩa là các tấm silicon chỉ có thể chuyển đổi khoảng 1/5 năng lượng mặt trời thành điện năng vì vật liệu này chỉ hấp thụ một tỷ lệ hạn chế bước sóng ánh sáng mặt trời. Sản xuất silicon cũng tốn kém và tốn nhiều năng lượng.

Hãy đến với perovskite, vật liệu bán dẫn tổng hợp có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời nhiều hơn đáng kể so với silicon với chi phí sản xuất thấp hơn.

Perovskite là CaTiO3 - Canxi Titan Oxit, có thể làm pin mặt trời có hiệu suất 50%.

Perovskite là CaTiO3 - Canxi Titan Oxit, có thể làm pin mặt trời có hiệu suất 50%.

Michael McGehee, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học và là thành viên của Viện Năng lượng bền vững và tái tạo CU Boulder, cho biết: “Perovskites có thể là yếu tố thay đổi cuộc chơi”.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm pin mặt trời perovskite bằng cách xếp chúng lên trên các tế bào silicon truyền thống để tạo ra các tế bào song song. Việc xếp lớp hai vật liệu, mỗi lớp hấp thụ một phần khác nhau của quang phổ mặt trời, có thể tăng hiệu suất của các tấm pin lên hơn 50%.

Nhưng thách thức lớn trong việc chế tạo chúng từ perovskite ở quy mô thương mại là quá trình phủ chất bán dẫn lên các tấm kính. Hiện tại, quá trình phủ phải diễn ra trong một hộp nhỏ chứa khí trơ, chẳng hạn như nitơ, để ngăn perovskite phản ứng với oxy, làm giảm hiệu suất của chúng.

McGehee và các cộng sự của ông bắt đầu tìm cách ngăn chặn phản ứng có hại đó với không khí. Họ phát hiện ra rằng việc thêm dimethylammonium formate, hay DMAFo, vào dung dịch perovskite trước khi phủ có thể ngăn chặn quá trình oxy hóa của vật liệu.

Các thí nghiệm cho thấy tế bào perovskite được tạo ra bằng chất phụ gia DMAfo có thể tự đạt được hiệu suất gần 25%, tương đương với kỷ lục hiệu suất hiện tại đối với tế bào perovskite là 26%. Chất phụ gia này cũng cải thiện tính ổn định của tế bào.

Pin mặt trời tế bào perovskite có thể tạo ra cuộc cách mạng về năng lượng tái tạo.

Pin mặt trời tế bào perovskite có thể tạo ra cuộc cách mạng về năng lượng tái tạo.

Các tấm silicon thương mại thường có thể duy trì ít nhất 80% hiệu suất sau 25 năm, mất khoảng 1% hiệu suất mỗi năm. Tuy nhiên, tế bào Perovskite phản ứng mạnh hơn và phân hủy nhanh hơn trong không khí.

Nghiên cứu cho thấy tế bào perovskite được tạo ra bằng DMAFo vẫn giữ được 90% hiệu suất sau khi các nhà nghiên cứu cho chúng tiếp xúc với ánh sáng LED mô phỏng ánh sáng mặt trời trong 700 giờ. Ngược lại, tế bào được tạo ra trong không khí không có DMAFo lại bị phân hủy nhanh chóng chỉ sau 300 giờ.

Ông lưu ý rằng mặc dù đây là một kết quả rất đáng khích lệ nhưng trong một năm có đến 8.000 giờ mặt trời sáng ở một nơi. Vì vậy, cần có những thử nghiệm dài hơn để xác định xem các tế bào này có thể hoạt động bền bỉ theo thời gian như thế nào.

Nghiên cứu đưa pin mặt trời perovskite tiến một bước gần hơn đến thương mại hóa. Đồng thời, nhóm của McGehee đang tích cực phát triển các tế bào song song với hiệu suất thực tế trên 30% và có thời gian hoạt động tương tự như các tấm silicon.

McGehee dẫn đầu một mối quan hệ đối tác công nghiệp-học thuật của Hoa Kỳ có tên là Tandems cho các mô-đun hiệu quả và nâng cao sử dụng Perovskites siêu ổn định (TEAMUP).

Cùng với các nhà nghiên cứu từ ba trường đại học khác, hai công ty và một phòng thí nghiệm quốc gia, tập đoàn đã nhận được khoản tài trợ 9 triệu USD từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ vào năm ngoái để phát triển các perovskite song song ổn định có thể sử dụng được trong thế giới thực và có khả năng thương mại. Mục tiêu là tạo ra song song hiệu quả hơn so với các tấm silicon thông thường và ổn định như nhau trong khoảng thời gian 25 năm.

Với hiệu suất cao hơn và mức giá có khả năng thấp hơn, những tế bào song song này có thể có ứng dụng rộng hơn so với các tấm silicon hiện có.