Tăng hiệu suất chuyển hóa năng lượng cho dàn pin mặt trời

Tế bào quang điện đôi silicon-perovskite có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao. Ảnh: scientificamerican

Perovskite, một cấu trúc tinh thể được phát hiện lần đầu tiên ở Nga vào giữa những năm 1800 có thể được sử dụng để sản xuất những tấm pin mặt trời rẻ hơn và hiệu quả hơn. Điểm yếu về độ bền của perovskite có thể được cải thiện khi kết hợp với silicon - loại vật liệu đang được sử dụng rộng rãi trên thị trường.

Theo Thomas White, nhà nghiên cứu khoa học, giáo sư Trường Đại học Quốc gia (ĐHQG) Australia, dàn pin silicon thường có hiệu suất chuyển hóa năng lượng từ 16% -18%, hiệu suất tối đa trên lý thuyết là 29%. Các nghiên cứu cho thấy dàn pin mặt trời với vật liệu perovskite có thể đạt hiệu suất tới 35%, đồng thời chi phí sản xuất thấp hơn do quy trình sản xuất đơn giản hơn. 

Cơ quan Năng lượng tái tạo Úc (ARENA) gần đây đã công bố tài trợ cho các nghiên cứu và phát triển ứng dụng năng lượng mặt trời tiên tiến nhằm “giảm chi phí sản xuất pin mặt trời silicon bằng cách sử dụng kết hợp 2 loại vật liệu”. ARENA cũng tìm kiếm hỗ trợ từ các nhà khoa học của Trường ĐHQG Úc và nhà sản xuất pin mặt trời khổng lồ Trung Quốc JinkoSolar để nâng cao năng lực nghiên cứu và phát triển nhằm thương mại hóa pin perovskite.

Năm ngoái nhóm nghiên cứu của Trường ĐHQG Úc đã công bố một kỷ lục mới với pin mặt trời perovskite - đạt hiệu suất 21,6% trong phòng thí nghiệm. Các nhà nghiên cứu ở Mỹ và Hàn Quốc đã đạt được hiệu suất chuyển đổi 24,2%.

Trong một báo cáo gần đây về tương lai của quang điện mặt trời, Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế đã mô tả perovskite như “một vật liệu hứa hẹn nhất”, “một khoáng chất hấp thu ánh sáng rất tốt” và “rất dễ dàng thực hiện trong phòng thí nghiệm”.

Tuy nhiên Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế cũng cảnh báo sẽ cần thêm thời gian trước khi Trung Quốc, Úc, Mỹ… tìm ra cách hạ chi phí sản xuất cho phù hợp hơn với thực tế.

Trở ngại chính vẫn là độ bền – tinh thể perovskite nhanh hỏng hơn silicon. Tinh thể này rất dễ tan rã, chúng không chịu được độ ẩm và cần phải được bảo vệ bởi lớp vỏ bọc, ví dụ như một lớp ô-xit nhôm hay tấm kính gắn xi. Perovskite không chịu được nhiệt như silicon. “Chúng tôi vẫn đang nỗ lực gia tăng độ bền của pin perovskite để có thể lắp đặt chúng 25 năm trên mái nhà” – giáo sư White nói.

Theo nghiên cứu của ARENA, khi kết hợp perovskite với một lớp silicon, chúng đã tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng một cách đáng kể, cải thiện độ bền và tính ổn định. Tạp chí Advanced Functional Materials cũng thừa nhận vấn đề về độ bền nhưng cũng nhấn mạnh về “tiến bộ đáng kinh ngạc trong hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời perovskite”.

Theo trithuctre