Các nhà nghiên cứu ở Australia vừa phát triển một kỹ thuật mới dựa trên laser, cho phép họ quan sát theo thời gian thực cách bức xạ tia cực tím (UV) làm hư hại pin mặt trời silicon và cách chúng có thể tự phục hồi một cách tự nhiên dưới ánh sáng mặt trời.
Phương pháp giám sát mới này, được các nhà khoa học tại Đại học New South Wales (UNSW), phát triển, cho phép theo dõi những thay đổi hóa học trong các pin mặt trời hiệu suất cao trong quá trình tiếp xúc với tia UV. Nghiên cứu công bố trên tạp chí Energy & Environmental Science.
Dưới sự dẫn đầu của Tiến sĩ Xiaojing Hao, giáo sư tại Đại học New South Wales và là tác giả chính của bài báo, dự án này có thể thay đổi cách thức kiểm tra, thiết kế và chứng nhận các tấm pin mặt trời để sử dụng lâu dài ngoài trời.
Pin mặt trời silicon, chiếm ưu thế trên thị trường pin mặt trời, nhưng dễ xuống cấp do tia UV. Tiếp xúc lâu với tia UV sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của chúng. Các nghiên cứu cho thấy hiệu suất của pin mặt trời silicon có thể giảm tới 10% sau khi tiếp xúc với bức xạ tia UV trong khoảng 2.000 giờ trong quá trình thử nghiệm tăng tốc.
Để giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp theo dõi không phá hủy, có khả năng giám sát các thay đổi liên kết hóa học bên trong các pin mặt trời đang hoạt động ở cấp độ vi mô.
Trong công trình này, nhóm nghiên cứu sử dụng kỹ thuật quang phổ Raman tia cực tím. Kỹ thuật này xác định vật liệu bằng cách chiếu tia laser vào vật liệu và phân tích cách ánh sáng tán xạ để tiết lộ các dao động phân tử bên trong vật liệu.
Sử dụng phương pháp mới này, các nhà nghiên cứu đã trực tiếp quan sát cách bức xạ tia cực tím làm thay đổi các liên kết hóa học liên quan đến các nguyên tử hydro, silicon và boron gần bề mặt của pin mặt trời silicon hiệu suất cao.
Các nhà khoa học phát hiện rằng, những thay đổi này làm suy yếu lớp màng thụ động trên bề mặt, làm giảm khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng của pin. Khi pin mặt trời tiếp xúc trở lại với ánh sáng nhìn thấy, cấu trúc hóa học trở lại trạng thái ban đầu.
Ang Liu, tiến sĩ, phó giáo sư tại UNSW, cho hay, khi các nguyên tử hydro di chuyển trở lại bề mặt, các liên kết bị đứt được sửa chữa và vật liệu được phục hồi. Điều này xác nhận sự phục hồi không chỉ là hiệu ứng điện. Bản thân vật liệu đang tự sửa chữa ở cấp độ nguyên tử.
Theo nhóm nghiên cứu, phát hiện này có ý nghĩa quan trọng đối với cách thức kiểm tra và chứng nhận tấm pin mặt trời. Các thử nghiệm lão hóa tăng tốc cho phép tấm pin mặt trời tiếp xúc với bức xạ tia UV mạnh để mô phỏng nhiều năm sử dụng ngoài trời. Tuy nhiên, sự xuống cấp có thể đảo ngược, dẫn đến việc đánh giá quá cao tổn thất và thiệt hại không thực tế.
Bằng cách phân biệt giữa những thay đổi vật liệu tạm thời và không thể đảo ngược, phương pháp giám sát mới này cung cấp một nền tảng cơ bản để cải thiện các thử nghiệm. Sự phân biệt đó rất cần thiết để dự đoán chính xác tuổi thọ của pin, Ang Liu cho biết trong một thông cáo báo chí.
Phương pháp dựa trên quang phổ Raman có thể phát hiện độ nhạy với tia UV trong vài giây mà không làm ảnh hưởng đến cấu trúc pin mặt trời. Nó có thể sử dụng để sàng lọc các vật liệu mới, quy trình lắp ráp hoặc thay đổi thiết kế trước khi tấm pin mặt trời được tích hợp hoàn chỉnh.
