Nhóm nhà khoa học Trung Quốc đạt được hiệu suất kỷ lục với pin mặt trời perovskite
Các nhà khoa học Trung Quốc tuyên bố đã phát triển một dạng pin mặt trời mới không chỉ có hiệu suất cao hơn mà còn có thể được sản xuất hàng loạt với chi phí chỉ bằng một nửa so với pin silicon truyền thống.
GS Tan Hairen từ Đại học Nam Kinh và một tấm pin mặt trời Perovskite. Ảnh: Handout
Trang Bưu điện Hoa Nam buổi sáng (SCMP) cho biết, trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học thuộc Đại học Nam Kinh do GS Tan Hairen dẫn đầu đã phát triển pin điện mặt trời, sử dụng cấu trúc phân lớp đạt được tỷ lệ chuyển đổi năng lượng cao hơn.
Nhóm của GS Tan đã nghiên cứu sâu rộng về công nghệ này trong thời gian dài. Những tế bào xếp chồng perovskite diện tích nhỏ trong thử nghiệm đạt được hiệu suất chuyển đổi 28% vào tháng 6/2023, được chứng nhận bởi tổ chức Solar Cell Efficiency Tables, lần đầu tiên vượt qua những tế bào silicon truyền thống.
Pin mặt trời do các nhà khoa học Trung Quốc phát triển, được gọi là pin mặt trời perovskite là tấm pin màng mỏng, sử dụng một loại hợp chất đặc biệt để hấp thụ ánh sáng.
Tế bào perovskite được đặt tên theo tên một loại khoáng chất với cấu trúc tế bào tinh thể cụ thể. Nhờ hiệu quả cao, chi phí thấp và tác động môi trường tối thiểu, những tế bào pin điện mặt trời perovskite được coi là một trong những công nghệ tiềm năng nhất sản xuất năng lượng mặt trời hiệu quả cao và giá cả phù hợp.
Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu công nghệ này trong hơn một thập kỷ, chỉ trong vài năm gần đây, hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) của tế bào perovskite đã tăng từ 3,8 lên hơn 25%.
Những phát hiện mới nhất trong công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã vượt qua kết quả này, đạt hiệu suất đến 29%, kết quả được công bố trên tạp chí Nature ngày 11/6.
Nhóm nhà khoa học Trung Quốc hiện đang nghiên cứu pin mặt trời perovskite với lớp trên hấp thụ ánh sáng mặt trời bước sóng ngắn, lớp dưới hấp thụ bước sóng dài nhằm tăng cường chuyển đổi năng lượng của nguồn sáng tổng thể.
Các nhà khoa học đã phát triển một lớp giữa kết nối 2 lớp này, là lớp then chốt tăng cường hiệu suất pin điện, tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) lớp dưới và hình thành lớp kết nối hiệu suất cao giữa lớp trên và dưới.
Trong nghiên cứu này, GS Tan nhấn mạnh, nhóm nghiên cứu của ông đã tìm ra phương thức tối ưu hóa vật liệu cho lớp liên kết, phù hợp với quy trình xử lý sản phẩm với chi phí thấp và có thể triển khai trên quy mô sản xuất công nghiệp.
Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng giải pháp điều hòa chân không (hấp thụ các phân tử nước và các vi hạt trong buồng chân không) để tăng cường hiệu quả của màng perovskite ở lớp dưới cùng bằng phương pháp giảm khuyết tật vật liệu, tăng cường khả năng trích xuất điện tử.
Công ty Renshine Solar đang nghiên cứu phát triển các sản phẩm pin điện mặt trời perovskite, được dùng để sạc điện thoại di động. Ảnh: Handout
Một nhà phê bình từ tạp chí Nature cho biết: “Báo cáo công trình nghiên cứu cho thấy một kết quả rất có ý nghĩa trong lĩnh vực phát triển pin điện perovskite, không chỉ đạt được hiệu suất quang điện tuyệt vời trên pin điện mặt trời perovskite song song hiệu quả nhất thế giới mà còn đưa ra một phương thức tiếp cận mới”.
Các tế bào cũng có độ ổn định và thời gian sử dụng dài. Trong bài báo khoa học, GS Tan viết: “Thiết bị giữ được hơn 90% hiệu suất ban đầu sau hơn 600 giờ hoạt động liên tục dưới ánh sáng một mặt trời mô phỏng”.
Năm 2022, công trình của nhóm đã được Bộ Khoa học và Công nghệ công nhận là một trong 10 tiến bộ khoa học hàng đầu ở Trung Quốc do công nghệ có tiềm năng ứng dụng cao trong lĩnh vực năng lượng sạch.
Trong một cuộc phỏng vấn với truyền thông nhà nước, GS Tan cho biết: “Nguyên liệu thô để sản xuất tế bào pin perovskite rất rẻ và phong phú, khiến chi phí sản xuất của loại tế bào này chỉ bằng 1/20 so với tế bào silicon truyền thống. Hơn nữa, những tấm pin mặt trời perovskite dễ chế tạo và có thể được sản xuất tại một nhà máy duy nhất".
“Ngay cả với những bộ phận, chi tiết khác hoặc công nghệ bổ sung, tổng chi phí sản xuất các tế bào pin điện mặt trời chỉ bằng một nửa so với những tế bào silicon truyền thống”, ông nói thêm.
Ngoài vai trò là người dẫn đầu trong nghiên cứu khoa học, GS Tan đã cùng nhóm nghiên cứu còn nỗ lực thương mại hóa công nghệ mới, thành lập công ty khởi nghiệp mang tên Renshine Solar để có thể sản xuất những tấm pin perovskite loại này.
Nhóm nghiên cứu thiết kế các mô-đun pin perovskite, được sử dụng trên mái nhà hoặc tường của các công trình xây dựng, trang bị cho xe điện để khai thác năng lượng mặt trời giúp tăng phạm vi hoạt động. Do pin perovskite được thiết kế để sản xuất điện trong điều kiện ánh sáng yếu, pin điện loại này có thể được sử dụng để sạc điện thoại hoặc máy tính xách tay.
Năm 2023, nhóm nghiên cứu ký kết một thỏa thuận dự án công nghiệp với chính quyền thành phố Thường Thục (Changshu) thuộc tỉnh Giang Tô, xây dựng một dây chuyền sản xuất pin điện mặt trời, có công suất đến 150 megawatt vào tháng 9/2023.
