Các nhà khoa học nghiên cứu sáng chế tấm pin mặt trời ngày càng mỏng hơn, hiệu suất cao hơn, đang tập trung vào loại vật liệu mang tên perovskite. Perovskite là gì, có đặc tính gì thú vị trong lĩnh vực quang học, quang điện tử? Tìm hiểu 14 sự thật sau đây về perovskite, bạn sẽ hình dung được vật liệu này.
1. Perovskite là khoáng chất calcium titanate, còn được gọi là canxi titan oxit, công thức hóa học là CaTiO3. Đây là khoáng chất tự nhiên, không màu, nhưng perovskite sẽ có màu khi chứa các tạp chất khác, chẳng hạn như sắt và đồng.
2. Perovskite được tìm thấy ở dãy núi Ural của Nga. Chưa biết chính xác người đầu tiên tìm thấy tinh thể này nhưng sau khi phát hiện ra, khoáng chất này được gửi đến nhà khoáng vật học người Nga Alexander Kämmerer (1789 - 1858) năm 1839, sau đó Kämmerer chuyển nó cho Phó Giáo sư khoáng vật học Gustavus Rose (1798 - 1873) tại Đại học Berlin, Đức để phân tích nghiên cứu. Điều này giải thích tại sao Gustavus Rose được xem là người khám phá ra perovskite.
3. Tên loại khoáng chất Perovskite, được đặt theo tên của một quý tộc người Nga Lev Aleksevich Perovskite (1792 - 1856). Aleksevich Perovskite không phải là nhà khoa học, nhưng ông là nhà sưu tập và người sành sỏi về khoáng chất.
4. Thuật ngữ perovskite được sử dụng để chỉ chung cho cấu trúc tinh thể của nhiều hợp chất ion ABX3. Mặc dù nguồn gốc ban đầu, tên gọi này được dùng để chỉ một loại khoáng chất cụ thể là calcium titanate (CaTiO3).
5. Khoáng chất perovskite và cấu trúc perovskite thường được sử dụng thay thế cho nhau. Nhưng trong khi khoáng chất perovskite được hình thành từ canxi, titan và oxy dưới dạng CaTiO3, thì cấu trúc perovskite là bất kỳ hợp chất nào có dạng chung là ABX3 và có cùng cấu trúc tinh thể với perovskite khoáng chất. Trong đó, A và B là cation, X là anion.
6. Perovskite có ưu thế đáng kể so với silicon trong các ứng dụng quang điện, vì perovskite phản ứng với dải tần số ánh sáng khả kiến rộng hơn, nghĩa là nó chuyển đổi nhiều ánh sáng mặt trời thành điện hơn so với silicon.
7. Tính chất vật lý, hóa học linh hoạt của cấu trúc perovskite khiến chúng hữu ích trong các thiết bị điện tử. Chẳng hạn như độ dẫn điện; tính di động của ion oxit qua mạng tinh thể; độ ổn định nhiệt; các tính chất siêu từ, quang xúc tác và điện môi. Đặc biệt, CaTiO3 thể hiện độ dẫn điện và ion mạnh.
8. Vật liệu perovskite được sử dụng trong quá trình chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau gồm chất xúc tác, thiết bị siêu dẫn, pin nhiên liệu, bộ phận gia nhiệt, tụ điện nhiều lớp, đồ gốm thủy tinh, đèn LED, máy dò quang, nanolaser, đặc biệt là trong tấm pin mặt trời.
9. Vật liệu perovskite lần đầu tiên được đưa vào tấm pin mặt trời do Giáo sư Tsutomu Miyasaka tại Đại học Toin Yokohama, Nhật Bản, và cộng sự báo cáo vào năm 2009 về việc tạo ra pin mặt trời perovskite đầu tiên.
10. Pin mặt trời perovskite hiện là ứng dụng nổi bật nhất của perovskite. Tính linh hoạt, trọng lượng nhẹ, màng mỏng, bán trong suốt, chi phí thấp là các yếu tố có giá trị của perovskite.
11. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của tế bào pin mặt trời perovskite liên tục được cải thiện nhờ nỗ lực nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, tăng từ chỉ 3,8% năm 2009, lên 19,9% năm 2013, 20,1% năm 2015. Hiện nay tế bào pin mặt trời perovskite có thể đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng đến 24 - 25% trong phòng thí nghiệm.
12. Các hạn chế của perovskite cho thấy công nghệ pin mặt trời perovskite chưa hoàn toàn sẵn sàng cho mục đích thương mại. Đó là độ bền, độ ổn định kém trong không khí ẩm, lớp hoạt động của màng perovskite có thể bị tổn hại do oxy, độ ẩm.
13. Các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm dùng cả silicon và perovskite làm vật liệu nền của pin mặt trời. Phương pháp tiếp cận song song silicon với perovskite cho phép đưa perovskite ra thị trường, đồng thời hạn chế rủi ro, cho đến khi hiệu quả và độ tin cậy perovskite được cải thiện đến mức có thể thay thế silicon.
14. Cấu trúc perovskite ngày nay có thể tạo ra bằng các quy trình hóa học và công nghiệp. Trong khi đó, dạng tinh thể tự nhiên thực sự khá hiếm.
