Pin mặt trời perovskite đang mở ra một bước tiến lớn cho ngành năng lượng tái tạo toàn cầu khi các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một công nghệ mới giúp nâng hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên hơn 31% – mức cao vượt trội so với nhiều công nghệ hiện nay.

Nghiên cứu mới từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc

Nhóm nghiên cứu đến từ Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba, trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Ye Jichun, đã phát triển thành công phương pháp cải thiện hiệu suất cho pin mặt trời ghép nối tiếp perovskite/silicon (tandem).

Theo công bố, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của hệ pin mặt trời tandem này đã đạt tới 31,1%, đồng thời duy trì được độ ổn định vận hành – yếu tố từng là rào cản lớn của công nghệ perovskite.

Vì sao pin mặt trời perovskite được đánh giá cao?

Hiện nay, pin mặt trời silicon tinh thể vẫn chiếm khoảng 95% thị trường quang điện toàn cầu. Tuy nhiên, vật liệu silicon có hạn chế về trọng lượng và độ linh hoạt.

Trong khi đó, perovskite là vật liệu:

• Nhẹ, có thể chế tạo dạng siêu mỏng

• Linh hoạt, phù hợp với nhiều bề mặt

• Có tiềm năng ứng dụng rộng, từ mái nhà đến cửa sổ tòa nhà

Thách thức lớn nhất của pin perovskite hiện nay nằm ở độ ổn định và tổn thất năng lượng tại giao diện ghép nối giữa các lớp tế bào.

Đột phá từ phân tử “dạng lồng” sắt điện

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phân tử diammonium chloride đa chức năng với cấu trúc dạng lồng. Phân tử này giúp:

• Giảm thiểu tổn thất năng lượng tại giao diện nối tiếp

• Tạo ra hiệu ứng sắt điện rõ rệt

• Cải thiện khả năng thu và chuyển đổi năng lượng mặt trời

Kết quả thử nghiệm cho thấy:

• Pin perovskite đơn đạt hiệu suất 22,6%

• Khi kết hợp thành pin mặt trời tandem perovskite/silicon nguyên khối hai cực, hiệu suất đạt 31,1% với độ ổn định cao

Tương lai rộng mở cho năng lượng mặt trời hiệu suất cao

Nghiên cứu này cho thấy giao diện nối tiếp sắt điện có thể trở thành chìa khóa cho các thế hệ pin mặt trời mới dựa trên perovskite, giúp nâng cao cả hiệu suất lẫn tuổi thọ vận hành.

Theo Liên Hợp Quốc, hiện nay khoảng 60% sản lượng điện toàn cầu vẫn đến từ các nguồn nhiên liệu gây ô nhiễm. Tuy nhiên, năng lượng tái tạo đang tăng trưởng nhanh chóng. Dự báo đến năm 2030, tổng công suất năng lượng tái tạo toàn cầu sẽ tăng gấp đôi, trong đó điện mặt trời đóng góp tới 80% mức tăng trưởng.

Ứng dụng thực tiễn trong tương lai

Với hiệu suất cao và thiết kế linh hoạt, các tấm pin mặt trời perovskite thế hệ mới có thể:

• Nhỏ gọn hơn nhưng tạo ra nhiều điện năng hơn

• Được lắp đặt trên cửa sổ, mặt dựng tòa nhà

• Mở rộng sản xuất điện mặt trời ra ngoài mô hình mái nhà truyền thống

Đột phá này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả khai thác năng lượng mặt trời mà còn góp phần thúc đẩy chuyển dịch sang hệ thống năng lượng bền vững, thân thiện với môi trường trong tương lai.