Một nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc đã công bố thành tựu mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo với loại pin mặt trời tandem perovskite/silicon đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng khoảng 33%, thuộc nhóm cao nhất hiện nay đối với công nghệ này.
Ảnh: TL
Đây được xem là bước tiến đáng chú ý giúp giải quyết một trong những thách thức lớn nhất cản trở quá trình thương mại hóa pin mặt trời perovskite/silicon. Công nghệ này kết hợp lớp pin perovskite với lớp silicon truyền thống nhằm khai thác hiệu quả hơn nhiều dải phổ ánh sáng mặt trời, từ đó nâng cao hiệu suất so với các tấm pin silicon thông thường.
Để đạt được kết quả trên, nhóm nghiên cứu tập trung xử lý hiện tượng rò rỉ điện phát sinh do lớp perovskite khó phủ đồng đều trên bề mặt silicon có cấu trúc đặc biệt. Trong thiết kế tandem, lớp perovskite phía trên hấp thụ hiệu quả các photon năng lượng cao, còn lớp silicon phía dưới đảm nhiệm thu nhận ánh sáng có mức năng lượng thấp hơn.
Theo các nhà khoa học, cấu hình này có tiềm năng vượt qua giới hạn hiệu suất của pin silicon đơn lớp, đồng thời tạo điều kiện phát triển các tấm pin nhẹ hơn, hiệu quả hơn và có khả năng ứng dụng rộng rãi trong tương lai.
Giải pháp khắc phục điểm yếu của pin perovskite/silicon
Các tấm silicon công nghiệp hiện nay thường được thiết kế với bề mặt dạng kim tự tháp nhằm giảm phản xạ và tăng khả năng hấp thụ ánh sáng. Tuy nhiên, chính cấu trúc này lại khiến việc phủ lớp perovskite đồng nhất trở nên khó khăn, dễ hình thành các khuyết tật gây rò rỉ điện cục bộ, làm suy giảm hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba (NIMTE) của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, phối hợp với Đại học Tô Châu và Đại học Thái Châu, đã phát triển phương pháp thụ động hóa chọn lọc tại đỉnh các cấu trúc kim tự tháp silicon.
Cụ thể, các nhà khoa học sử dụng hạt nano polystyrene làm khuôn để phủ một lớp oxit nhôm cách điện siêu mỏng lên phần đỉnh của bề mặt silicon. Giải pháp này giúp ngăn chặn các đường dẫn gây rò rỉ điện nhưng vẫn duy trì khả năng vận chuyển điện tích cần thiết cho hoạt động của pin.
Kết quả thử nghiệm trên mẫu pin có diện tích hoạt động khoảng 1 cm² cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng đạt khoảng 33%. Đáng chú ý, sau 1.000 giờ vận hành liên tục, thiết bị vẫn duy trì khoảng 90% hiệu suất ban đầu, cho thấy độ ổn định cao hơn đáng kể so với nhiều công nghệ perovskite trước đây.
Ông Ye Jichun, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết phương pháp mới có quy trình tương đối đơn giản và tương thích với các dây chuyền sản xuất hiện hữu. Điều này giúp công nghệ pin mặt trời tandem perovskite/silicon tiến gần hơn tới giai đoạn sản xuất thương mại.
Trong bối cảnh các mô-đun silicon sản xuất hàng loạt hiện chỉ đạt hiệu suất phổ biến từ 22-24%, kết quả nghiên cứu được kỳ vọng sẽ tạo động lực mới cho ngành năng lượng mặt trời toàn cầu trong cuộc đua nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng sạch.
Dù vậy, các nhà nghiên cứu cho biết cần tiếp tục thử nghiệm ở quy mô lớn hơn cũng như đánh giá khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau trước khi công nghệ này được triển khai rộng rãi trên thị trường.
Bình luận
0