Với mức hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện năng lên đến 93.5% so với giới hạn lý thuyết, loại pin mặt trời siêu mỏng mới tiến thêm 1 bước dài để thương mại hóa thành công.

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne (EPFL) vừa tìm ra phương pháp đột phá để tăng cường hiệu suất hoạt động và độ ổn định của pin năng lượng mặt trời perovskite, mở ra triển vọng mới trong việc thương mại hóa rộng rãi ngay trong tương lai gần.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi hai tiến sĩ Lukas Pfeifer và Likai Zheng đã phát triển kỹ thuật "biến dạng cấu trúc tinh thể" (lattice strain) nhằm cố định ion rubidium (Rb) bên trong lớp vật liệu perovskite. Công nghệ này giúp giảm đáng kể sự thất thoát năng lượng, đồng thời tăng hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện năng lên tới mức 93,5% so với giới hạn lý thuyết.

Perovskite là vật liệu bán dẫn có cấu trúc tinh thể đặc biệt, từ lâu được biết đến nhờ khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời với hiệu suất cao và chi phí sản xuất thấp hơn đáng kể so với silicon - công nghệ pin mặt trời phổ biến nhất hiện nay. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất của perovskite từ trước tới nay là sự thiếu ổn định theo thời gian và việc thất thoát năng lượng do hiện tượng tái kết hợp phi bức xạ.

Với việc ứng dụng kỹ thuật biến dạng tinh thể và bổ sung ion chloride (Cl), các nhà khoa học đã khắc phục gần như hoàn toàn những hạn chế này. Các ion chloride giúp cân bằng kích thước nguyên tử, giữ rubidium ổn định và giảm thiểu khuyết tật trong cấu trúc vật liệu. Điều này giúp lớp pin perovskite trở nên đồng nhất hơn, ổn định lâu dài hơn và đặc biệt nâng cao đáng kể hiệu suất quang điện.

Kết quả thử nghiệm thực tế rất ấn tượng: vật liệu perovskite mới đã đạt điện áp hở mạch (open-circuit voltage) lên đến 1,30 volt, một trong những giá trị cao nhất từng ghi nhận với dòng vật liệu perovskite dải rộng (wide-bandgap). Đồng thời, hiệu suất lượng tử phát quang (PLQY) cũng được cải thiện mạnh mẽ, chứng tỏ lượng năng lượng bị lãng phí trong quá trình chuyển đổi ánh sáng thành điện năng là rất nhỏ.

Điểm đặc biệt quan trọng của công nghệ pin mặt trời mới này chính là độ mỏng và nhẹ vượt trội so với pin silicon truyền thống. Các lớp pin perovskite có thể được chế tạo siêu mỏng, linh hoạt, dễ dàng tích hợp vào nhiều loại bề mặt khác nhau, kể cả các bề mặt cong hoặc không đồng đều. Nhờ vậy, tiềm năng ứng dụng của công nghệ này rất rộng lớn, không chỉ giới hạn trong lĩnh vực điện mặt trời dân dụng mà còn có thể xuất hiện trên các thiết bị điện tử như smartphone, laptop hoặc đặc biệt là phương tiện di chuyển như xe điện.

Về lý thuyết, nếu ứng dụng vào ngành công nghiệp ô tô điện, các tấm pin perovskite có thể được phủ kín mui xe, thân xe hoặc thậm chí cửa kính để tăng cường khả năng hấp thu ánh sáng, bổ sung điện năng liên tục cho hệ thống pin chính, giúp kéo dài quãng đường di chuyển. Tương tự, trên điện thoại di động, những lớp pin siêu mỏng này có thể được tích hợp ngay lên mặt lưng, giúp kéo dài thời lượng pin hoặc hỗ trợ sạc bổ sung khi người dùng di chuyển ngoài trời.

Tuy nhiên, trước khi tiến tới thương mại hóa rộng rãi trên điện thoại hay xe điện, pin perovskite vẫn cần vượt qua một số thách thức đáng kể, đặc biệt là độ bền lâu dài. Môi trường vận hành của ô tô và điện thoại thường rất khắc nghiệt với điều kiện nhiệt độ thay đổi liên tục, rung lắc, độ ẩm cao và va chạm mạnh. Đây vẫn là những rào cản kỹ thuật quan trọng mà vật liệu perovskite cần giải quyết triệt để để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng và an toàn sản phẩm tiêu dùng.

Liệu trong tương lai gần, chúng ta có thể thấy pin mặt trời siêu mỏng phủ kín thân xe điện hoặc tích hợp vào smartphone phổ thông? Câu trả lời chắc chắn sẽ phụ thuộc rất lớn vào việc các nhà khoa học có giải quyết được những thách thức về độ bền và ổn định của vật liệu trong điều kiện thực tế hay không. Dẫu vậy, với bước tiến vượt bậc vừa đạt được từ nhóm nghiên cứu tại EPFL, viễn cảnh về những chiếc xe điện và điện thoại tự sạc pin dưới ánh sáng mặt trời đang ngày càng đến gần hơn bao giờ hết.

Theo Thanhnienviet.vn