Pin năng lượng mặt trời có khả năng cải thiện hiệu suất hơn 20%

TS. Phạm Trọng Liêm Châu cho biết, vật liệu được sử dụng làm catot trong pin DSSC phổ biến nhất hiện nay là Pt, còn thành phần chính của anot trong pin chủ yếu là TiO₂. “Catot làm từ Pt có điểm mạnh là dẫn điện tốt, khả năng xúc tác, độ bền hóa học và hoạt động ổn định. Anot chế tạo bằng TiO₂ lại khá phổ biến bởi ưu điểm về độ bền khi chịu tác động của ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, Pt là kim loại quý có giá thành cao nên chi phí sản xuất pin DSSC cũng tăng theo. Còn với TiO₂, các điện tử và lỗ trống trong hợp chất dễ tái tổ hợp, làm giảm hiệu suất của pin”, TS. Châu chia sẻ.
 
Trong khi đó, graphene sở hữu nhiều ưu điểm như khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt cao, gần như trong suốt, diện tích bề mặt lớn, mềm dẻo, dễ thay đổi hình dạng,… được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực năng lượng. Hơn nữa, nhờ diện tích bề mặt lớn và khả năng dẫn điện tốt, Gr tạo thuận lợi cho quá trình xúc tác phản ứng trở nên dễ dàng, tăng khả năng hấp phụ chất màu nhạy quang của điện cực, qua đó nâng cao hiệu suất chuyển hóa của pin DSSC.
 
Do vậy, việc chế tạo vật liệu nanocomposite kết hợp Gr với Pt và Gr với TiO₂ được thực hiện nhằm tăng cường khả năng chuyển hóa năng lượng và giảm chi phí sản xuất pin. Cụ thể, việc kết hợp vật liệu Gr và Pt sẽ tiết kiệm tối đa vật liệu Pt khi sản xuất. Đối với TiO₂, sự kết hợp với Gr giúp hạn chế sự tái tổ hợp của điện tử và lỗ trống, làm tăng khả năng dẫn điện và hiệu suất của pin.

Sản phẩm của đề tài nghiên cứu được nhóm thử nghiệm theo dõi độ giảm hiệu suất với điều kiện chiếu sáng liên tục trong thiết bị Solar-box, quả cho thấy, hiệu suất pin giảm không quá 2% sau khi được chiếu sáng trong 1.000 giờ. Điều này chứng tỏ rằng, pin DSSC được chế tạo từ vật liệu nanocomposite trên cơ sở graphene có khả năng làm việc ổn định trong khoảng thời gian dài và có tiềm năng phát triển khi được thương mại hóa.
 
TS Phạm Trọng Liêm Châu cho biết, quy trình tổng hợp vật liệu Gr-Pt hay Gr-TiO₂ thành công góp phần thúc đẩy nghiên cứu các vật liệu chế tạo điện cực trong pin mặt trời. Bên cạnh đó, với hiệu quả làm việc của pin DSSC cũng có tiềm năng ứng dụng để chiếu sáng trong nhà và có thể mở rộng ứng dụng theo quy mô lớn hơn.
 
Kết quả của công trình nghiên cứu đã mở ra một hướng phát triển hoàn toàn mới cho việc sản xuất pin quang năng từ vật liệu nanocomposite trên cơ sở graphene ở quy mô lớn với ưu điểm về chi phí nguyên vật liệu, khả năng sẵn sàng ở mức cao về nguồn nguyên liệu đầu vào cũng như nguồn nhân lực chuyên gia tại chỗ.