Robot ‘robomapper’ cải thiện hiệu quả cho tấm quang điện mặt trời

“RoboMapper cho phép chúng tôi tiến hành thử nghiệm vật liệu nhanh hơn, đồng thời giảm chi phí, làm cho toàn bộ quy trình hiệu quả hơn và bền vững hơn”, Giáo sư vật liệu Aram Amassian, tác giả công trình nghiên cứu cho hay.

Nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí Matter tựa đề Nền tảng tăng tốc vật liệu bền vững tiết lộ các hợp kim perovskite kim loại Halide dải rộng ổn định và hiệu quả. Theo bài báo, nghiên cứu vật liệu thường cần một nhà nghiên cứu chuẩn bị mẫu và sau đó kiểm tra mẫu bằng các công cụ khác nhau. Điều này liên quan đến việc đặt, căn chỉnh và hiệu chỉnh mẫu để thu thập dữ liệu. Trước đây, việc tự động hóa quy trình này dựa vào việc tự động hóa dây chuyền lắp ráp với một mẫu trên mỗi chip di chuyển qua quy trình thu thập dữ liệu. Nó giúp cải thiện tốc độ, nhưng mỗi bước phải được thực hiện với một mẫu tại một thời điểm.

Cấu trúc tế bào quang điện perovskite. Nguồn: Shutterstock/VectorMine

RoboMapper cũng tự động hóa quy trình này, nhưng đặt hàng chục mẫu trên mỗi chip bằng cách thu nhỏ các mẫu vật liệu với sự trợ giúp của công nghệ in hiện đại nên tiết kiệm thời gian và năng lượng. Điều này làm cho việc tìm kiếm các vật liệu mới hiệu quả hơn và bền vững hơn về lượng khí thải carbon. Nó nhanh gầp gần 10 lần so với các kỹ thuật tự động trước đây.

Để chứng minh hiệu suất của robot, nhóm đề tài đã đánh giá tác động môi trường của quá trình nghiên cứu vật liệu truyền thống và thu thập dữ liệu, trước khi so sánh với RoboMapper. Đáng chú ý nhóm đã phát hiện thấy sáng kiến này giúp giảm nguồn phát thải khí nhà kính của vật liệu.

Để chứng minh tính hữu ích của robot mới có thể ứng dụng cho điện mặt trời, nhóm đã trung vào vật liệu perovskite bởi nó hấp thụ ánh sáng tốt hơn silicon, mỏng hơn và nhẹ hơn mà không ảnh hưởng đến khả năng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng của các tế bào quang điện. Do đó, perovskites là ứng viên hay đầu mối cho nghiên cứu về tấm quang điện mặt trời thế hệ tiếp theo.

Các nhà nghiên cứu đặc biệt tập trung vào tính ổn định của perovskite – một trong những thách thức lớn nhất trong lĩnh vực nghiên cứu tạo vật liệu mới.

Về cơ bản, trở ngại chính là vật liệu perovskite có xu hướng phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng, làm mất đi các đặc tính khiến chúng được ưa chuộng ngay từ đầu. Các nhà khoa học đang tìm cách thiết kế các vật liệu này sao cho chúng ổn định – nghĩa là chúng giữ được các đặc tính mong muốn trong một thời gian dài khi tiếp xúc với ánh sáng.

Robomapper giúp cải thiện hiệu quả cho tấm quang điện mặt trời. Nguồn: Shutterstock/IM Imagery

RoboMapper được thiết kế để xác định xem một hợp kim có phù hợp với tấm quang điện mặt trời song song hay không. Điều này có nghĩa nó phải có cấu trúc tinh thể của perovskite; có một tập hợp các đặc điểm quang học mong muốn được gọi là khoảng cách dải; ổn định khi tiếp xúc với ánh sáng mạnh. Dữ liệu này sau đó được sử dụng để xây dựng một mô hình tính toán xác định thành phần hợp kim cụ thể với sự kết hợp tốt nhất của các thuộc tính mong muốn.

Nhờ RoboMapper, các nhà khoa học có thể nhanh chóng xác định thành phần ổn định nhất từ một tập hợp hợp kim perovskite ở một khoảng cách dải mục tiêu nhờ sử dụng công cụ chuyên dụng, ở đây là bộ phần tử cụ thể.

“Vật liệu mà chúng tôi xác định bằng cách sử dụng RoboMapper cũng hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi ánh sáng thành điện năng trong các thiết bị quang điện mặt trời. Một lý do khiến các thử nghiệm của RoboMapper có thể tạo ra dữ liệu hữu ích như vậy là nhờ bộ thử nghiệm cụ thể mà chúng tôi đã phát triển và sử dụng”, Giáo sư Amassian tiết lộ thêm.