Ánh sáng trong nhà là nguồn năng lượng chưa được khai thác cho vô số thiết bị điện tử nhỏ. Các thiết bị như điều khiển từ xa, bàn phím, chuông báo khói, cảm biến, hoạt động ở nơi có ánh sáng nhưng lại phụ thuộc vào pin, luôn phải thay thế, vừa tốn kém, vừa có hại cho môi trường.
Pin mặt trời có khả năng thu được ánh sáng trong nhà có thể giải quyết vấn đề này. Chúng sử dụng ánh sáng sẵn có trong nhà, văn phòng, nhà máy để duy trì hoạt động các thiết bị điện tử mà không cần đến nguồn điện dùng một lần.
Tuy nhiên, pin mặt trời trong nhà hiện có vẫn còn đắt và kém hiệu quả, khiến chúng chưa áp dụng rộng rãi. Một nhóm nghiên cứu do Đại học College London (UCL) dẫn đầu, hợp tác với các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc và Thụy Sĩ, phát triển pin mặt trời perovskite hiệu quả và bền hơn bất kỳ giải pháp nào hiện có trên thị trường.
Perovskite là vật liệu giá rẻ, ứng dụng đầy tiềm năng cho tấm pin mặt trời ngoài trời. Khác với silicon truyền thống, perovskite có thể được thiết kế để hấp thụ các bước sóng ánh sáng cụ thể, phù hợp môi trường thiếu sáng. Nhưng nó có nhược điểm lớn, các khiếm khuyết nhỏ về cấu trúc, gọi là bẫy, chặn các electron, làm giảm hiệu suất theo thời gian.
Nhóm nghiên cứu do UCL dẫn đầu, giải quyết vấn đề này bằng phương pháp hóa học gồm ba phần. Họ bổ sung rubidium chloride để thúc đẩy sự phát triển đồng đều hơn các tinh thể perovskite, giúp giảm số lượng bẫy.
Hai muối ammonium hữu cơ bổ sung – N,N-dimethyloctylammonium iodide (DMOAI) và phenethylammonium chloride (PEACl) – giúp ổn định các ion của vật liệu, ngăn chúng tách thành các pha khác nhau, gây ảnh hưởng đến hiệu suất.
Với những cải tiến này, nhóm nghiên cứu tạo ra các pin mặt trời perovskite trong nhà có khả năng chuyển đổi 37,6% ánh sáng ở mức 1.000 lux, tương đương độ sáng của một văn phòng được chiếu sáng tốt, trở thành điện năng.
Con số này cao hơn khoảng 6 lần so với các pin mặt trời trong nhà thương mại tốt nhất. Các pin cũng thể hiện khả năng phục hồi ấn tượng trong các bài kiểm tra ứng suất. Trong hơn 100 ngày, chúng duy trì được 92% hiệu suất, so với 76% của các pin chưa được xử lý.
Trong các thử nghiệm khắc nghiệt hơn, với 300 giờ chiếu sáng cường độ cao ở 55°C, các pin mới duy trì hiệu suất 76%, trong khi nhóm đối chứng giảm xuống còn 47%. Theo các nhà nghiên cứu, loại pin này có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử nhỏ trong nhà hơn 5 năm.
Nhóm nghiên cứu hiện đang thảo luận với các đối tác trong ngành để tìm cách mở rộng quy mô sản xuất và hướng tới mục đích thương mại. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials.
