Vật liệu làm tăng hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin mặt trời

Năng lượng mặt trời đang phát triển nhanh chóng. Năm 2022, toàn thế giới sản xuất được 1,2 nghìn tỉ watt điện mặt trời.

Đầu tư vào loại năng lượng này rất quan trọng với nỗ lực xây dựng một tương lai sạch và bền vững hơn. Công nghệ tuy đã trải qua chặng đường dài phát triển nhưng hiệu suất trung bình của pin mặt trời hiện vẫn chỉ khoảng 15 - 20%, có nghĩa 80 - 85% năng lượng thô chiếu xuống mất đi. Trên lý thuyết, giới hạn của pin silicon - công nghệ quang điện phổ biến nhất - chỉ khoảng 29%.

Giới khoa học đang cố gắng giải quyết vấn đề. Một nhóm nghiên cứu của Viện Năng lượng tái tạo quốc gia Mỹ (NREL) thành công tạo ra pin mặt trời đạt hiệu suất 47% nhưng lại quá đắt để có thể phổ biến rộng rãi. Tuy nhiên trên tạp chí Science ngày 6.7, hai nhóm nghiên cứu khác giới thiệu thêm cách tăng hiệu suất chuyển hóa năng lượng: perovskite.

Theo Đại học Washington, perovskite là khoáng chất có cấu trúc tinh thể giống như canxi titan oxit nhưng có thể được tạo thành từ một số nguyên tố khác nhau tùy mục đích sử dụng. Vật liệu này tạo ra chất bán dẫn dạng rắn với hiệu suất chuyển hóa năng lượng trong phòng phí nghiệm đạt 25,2%.

Hai nhóm nghiên cứu kết hợp perovskite với silicon - một ý tưởng không mới. Công nghệ được phát triển lần đầu năm 2009, năm 2016 từng có một nhóm ở Hồng Kông đạt được hiệu suất 25%.

Nhưng những gì hai nhóm làm được ấn tượng hơn. Nhóm của tiến sĩ Xin Yu Chin (Viện Công nghệ Thụy Sĩ EPFL) dùng đơn vị pin perovskite (đặt phía trên) cùng đơn vị pin silicon (đặt phía dưới), bổ sung a xít phosphonic để cho ra đời pin đạt hiệu suất 31%.

Nhóm còn lại do học giả Silvia Mariotti (tổ chức nghiên cứu Đức Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie) dẫn đầu thì sử dụng thêm một chất lỏng ion mang tên piperazinium iodide giúp pin đạt hiệu suất 32,5%.

Hai nhà khoa học Stefaan de Wolf và Erkan Aydin đánh giá: “Vượt qua ngưỡng giới hạn đem lại niềm tin các tấm pin mặt trời hiệu suất cao, chi phí thấp hoàn toàn có thể được tung ra thị trường”.

Cuộc đua cải thiện công nghệ đang nóng lên. Giáo sư Wolf (Đại học Khoa học - Công nghệ King Abdullah tại Ả Rập Saudi) cho biết nhóm của ông tạo được pin đạt hiệu suất 33,7% trong thử nghiệm. Tháng trước công ty Trung Quốc LONGi tuyên bố phát triển thành công pin đạt hiệu suất 33,5%.