Một loại pin mặt trời perovskite/silicon mới do các nhà khoa học Trung Quốc phát triển đã đạt hiệu suất khoảng 33%, vượt xa công nghệ hiện nay và tiến gần hơn tới khả năng ứng dụng thương mại thực tế trên toàn cầu.
Đột phá về hiệu suất
Phát minh này có thể giải quyết một trong những rào cản lớn nhất đối với khả năng thương mại hóa công nghệ pin mặt trời perovskite/silicon. Đây là công nghệ kết hợp lớp pin mặt trời perovskite với lớp pin silicon truyền thống, giúp thu nhận nhiều phổ ánh sáng mặt trời hơn và đạt hiệu suất cao hơn so với việc chỉ sử dụng silicon. Mức 33% được xem là một trong những hiệu suất tốt nhất của pin mặt trời song song perovskite/silicon.
Cải tiến kỹ thuật
Để phát triển kỹ thuật mới, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc giảm thiểu hiện tượng rò rỉ điện do lớp perovskite không đồng đều trên bề mặt silicon. Các tế bào tandem perovskite/silicon được thiết kế với lớp tế bào perovskite ở trên có khả năng thu nhận hiệu quả các photon năng lượng cao, trong khi lớp tế bào silicon ở dưới được tối ưu hóa cho ánh sáng năng lượng thấp hơn.
Cấu hình này có tiềm năng vượt qua giới hạn hiệu suất của các tế bào silicon đơn lớp, mở ra cơ hội phát triển các tế bào năng lượng mặt trời nhẹ hơn và mạnh mẽ hơn, từ đó giúp công nghệ này dễ tiếp cận hơn.
Bí quyết tạo ra sự khác biệt
Các tấm silicon công nghiệp thường có bề mặt cấu trúc hình kim tự tháp nhằm giảm phản xạ và cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng. Tuy nhiên, cấu trúc này lại làm phức tạp quá trình phủ perovskite đồng nhất, dẫn đến các khuyết tật gây ra dòng rò cục bộ, làm giảm hiệu suất và độ ổn định tổng thể.
Nhóm nghiên cứu từ Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba (NIMTE) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, phối hợp với Đại học Tô Châu và Đại học Thái Châu, đã đề xuất một chiến lược thụ động hóa chọn lọc đỉnh. Họ sử dụng các hạt nano polystyrene làm khuôn mẫu để phủ một lớp oxit nhôm cách điện mỏng lên đỉnh các kim tự tháp silicon, từ đó ngăn chặn các đường dẫn rò rỉ mà không ảnh hưởng đến khả năng truyền tải điện tích.
Kết quả thử nghiệm
Kết quả thử nghiệm cho thấy, với diện tích hoạt động khoảng 1 cm², pin mặt trời đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng khoảng 33%. Sau 1.000 giờ hoạt động liên tục, pin vẫn duy trì khoảng 90% hiệu suất ban đầu, chứng minh độ ổn định cao.
Ye Jichun, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết chiến lược này đơn giản và tương thích với các dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện có, đưa các tế bào quang điện perovskite/silicon ghép nối tiến gần hơn đến ứng dụng thương mại. Đây là tin vui cho ngành năng lượng mặt trời toàn cầu, vốn đang tìm kiếm các phương pháp để đạt hiệu suất cao hơn mức 22-24% thường thấy ở các mô-đun silicon sản xuất hàng loạt.
Mặc dù kết quả trong phòng thí nghiệm khả quan, nhưng nhóm nghiên cứu vẫn cần tiến hành thêm các nghiên cứu để kiểm chứng hiệu quả hoạt động ở quy mô lớn hơn và trong các điều kiện môi trường khác nhau.
