Vật liệu có thể thay đổi lĩnh vực điện mặt trời

AnhPhòng thí nghiệm thuộc Oxford PV, đang phát triển pin mặt trời song song sử dụng vật liệu perovskite và silicon có thể giúp hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng tăng vọt.

Công nghệ của Oxford PV, Đại học Oxford kết hợp silicon, vật liệu phổ biến trong các tấm pin mặt trời trên toàn thế giới với perovskite để tăng đáng kể hiệu suất chuyển đổi ánh sáng Mặt Trời thành điện.

Theo ACS, perovskite là khoáng chất tìm thấy lần đầu tiên trên dãy núi Ural năm 1839. Ngày nay, tên gọi perovskite được dùng cho vật liệu tổng hợp có cấu trúc tinh thể tương tự khoáng chất này, có thể sản xuất từ brom clo, chì và thiếc có sẵn. Pin perovskite hứa hẹn tăng cường năng lượng sản xuất bởi trang trại điện mặt trời và mái nhà với chi phí thấp, hoạt động tốt hơn nhiều so với pin silicon khi dùng trên vệ tinh và ôtô điện.

Tấm pin silicon thông thường thống trị thị trường quang điện hiện nay, nhưng hiệu suất tương đối thấp. Ưu điểm chính của pin perovskite so với silicon là khả năng chuyển đổi nhiều quang phổ ánh sáng thành năng lượng hơn nhờ kết hợp nhiều yếu tố bao gồm tính linh động cao của electron bên trong tế bào.

Sử dụng perovskite kết hợp với silicon giúp tận dụng lợi thế của cả hai vật liệu trong hấp thụ năng lượng từ Mặt Trời. Theo NREL, tế bào quang điện chỉ dùng silicon thường có hiệu suất 21-23% và giới hạn tối đa theo lý thuyết là khoảng 33%. Ở tế bào song song kết hợp perovskite và silicon, hiệu suất tối đa theo lý thuyết tăng lên hơn 47%. Theo Oxford PV, khả năng tạo ra nhiều điện năng hơn trên cùng diện tích của loại pin mới sẽ giúp giảm 10% chi phí so với pin silicon tiêu chuẩn.

Tấm pin mặt trời perovskite song song cũng có nhược điểm như tác động môi trường cao hơn 7% so với pin silicon thông thường do quy trình sản xuất nhiều hơn. Perovskite cũng dễ bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và nhiệt độ cao nên sản phẩm ban đầu kém bền và ổn định hơn silicon. Ngoài ra, lượng nhỏ chì độc hại bên trong mỗi tấm pin cũng gây lo ngại. Tuy nhiên, theo Joseph Berry, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia Mỹ, vấn đề về độc tính có thể tránh thông qua thiết kế quy trình tái chế hoặc tái sử dụng phù hợp.

Trong phòng thí nghiệm của Oxford PV, các hoạt động tập trung giải quyết vấn đề kỹ thuật của tấm pin mặt trời song song. Năm 2024, công ty thiết lập kỷ lục mới về module mặt trời kích thước dân dụng hiệu quả nhất thế giới, đạt hiệu suất chuyển đổi 26,9%. Chương trình nghiên cứu và phát triển của họ sẽ tiếp tục cải thiện hiệu suất của tế bào pin với mức tăng 1% mỗi năm.

Oxford PV đang sản xuất tế bào quang điện song song tại một nhà máy ở Đức và gần đây thí điểm các tấm pin mặt trời công suất khoảng 100 kW (đủ để cung cấp điện cho 14 hộ gia đình trung bình) tại một trang trại thương mại ở Mỹ. Chúng có hiệu suất 24,5% và đang được theo dõi chặt chẽ để thu thập dữ liệu.

Không chỉ Oxford PV, tháng 6/2025, Swift Solar, công ty khởi nghiệp từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Stanford, cũng công bố dự án thí điểm kết hợp với công ty hạ tầng truyền thông American Tower Corporation để triển khai pin mặt trời perovskite song song trên một số tháp viễn thông. Tháng 4/2025, Trinasolar, công ty lớn có trụ sở tại Thường Châu, Giang Tô, công bố kỷ lục thế giới mới về hiệu suất chuyển đổi 31,1% trên một tế bào quang điện song song.

Oxford PV đang thảo luận với một số nhà sản xuất ôtô để sử dụng tấm pin của công ty trên các phương tiện điện. Pin mặt trời perovskite song song cũng đang được cân nhắc cho nhiều ứng dụng không gian tiềm năng như cung cấp năng lượng cho vệ tinh do chi phí thấp.

An Khang (Theo BBC, NREL, ACS )