Các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Singapore (NUS) phát triển một kỹ thuật mới lắng đọng hơi, giúp cải thiện đáng kể độ bền của pin mặt trời song song perovskite-silicon, một công nghệ đầy hứa hẹn, có thể tạo ra nhiều điện năng hơn so với tấm pin silicon tiêu chuẩn hiện nay.
Pin mặt trời song song perovskite-silicon xếp hai vật liệu hấp thụ ánh sáng khác nhau chồng lên nhau. Nhờ thu được nhiều năng lượng mặt trời hơn, chúng có thể đạt hiệu suất hơn 30%, cao hơn nhiều so với hầu hết tấm pin mặt trời thương mại hiện tại.
Nhưng thách thức chưa bao giờ ở hiệu suất. Vấn đề thực sự là độ bền. Perovskite có xu hướng bị suy giảm dưới tác động của nhiệt và ánh sáng mặt trời trong thời gian dài, khiến chúng khó sử dụng ngoài trời. Nghiên cứu mới cho thấy vấn đề này cuối cùng có thể sắp được giải quyết.
Lần đầu tiên, phương pháp lắng đọng hơi - phương pháp sản xuất phổ biến trong công nghiệp - được sử dụng thành công để tạo ra lớp perovskite chất lượng cao trên tấm silicon công nghiệp. Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science.
Những tấm bán dẫn này có cấu trúc hình chóp, siêu nhỏ, giúp giữ ánh sáng, nhưng chúng cũng rất khó để phủ đều. Cho đến nay, hầu hết pin quang điện song song thành công đều chế tạo trên bề mặt nhẵn, kiểu phòng thí nghiệm, không sử dụng trong các nhà máy thực tế.
Nhóm nghiên cứu của NUS vượt qua rào cản này bằng cách kiểm soát kỹ quá trình hình thành perovskite trong quá trình lắng đọng hơi. Họ giới thiệu phân tử được thiết kế đặc biệt, gắn vào bề mặt silicon, giúp phân tử perovskite đi vào bám dính đều, ngay cả trên bề mặt có độ dốc.
Điều này cho phép lớp perovskite phát triển một cách suôn sẻ và đạt sự cân bằng hóa học phù hợp. Kết quả là một pin mặt trời song song, không chỉ có hiệu suất cao, đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng trên 30%, mà còn có độ ổn định vượt trội.
Thiết bị này hoạt động trong hơn 2.000 giờ dưới ánh sáng liên tục và hơn 1.400 giờ ở 850C. Thử nghiệm nhiệt độ cao là tiêu chuẩn tham khảo trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời, nhằm mô phỏng các điều kiện khắc nghiệt trong thực tế. Rất ít pin quang điện dựa trên perovskite vượt qua các kiểm tra khắt khe như vậy, đặc biệt là trên các tấm silicon công nghiệp.
Mức độ ổn định này rất quan trọng nếu tấm pin mặt trời song song được lắp đặt trên mái nhà, trang trại điện mặt trời và các khu công nghiệp, nơi chúng phải chịu được nhiều năm tiếp xúc với nhiệt độ cao, ánh nắng mặt trời và thời tiết khắc nghiệt.
Bằng cách chứng minh lớp perovskite được lắng đọng bằng phương pháp bay hơi, có thể đáp ứng được những yêu cầu này, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra một phương pháp khả thi hướng tới sản xuất thương mại.
Bước tiếp theo là mở rộng quy mô công nghệ từ tấm pin thử nghiệm nhỏ sang tấm pin mặt trời lớn và tích hợp quy trình này vào dây chuyền sản xuất thí điểm. Nếu thành công, công trình này có thể giúp tạo ra tấm pin mặt trời mạnh mẽ, lâu bền hơn, đưa năng lượng sạch hơn đến gần hơn với cuộc sống hằng ngày.
