Tấm quang điện mặt trời perovskite-silicon phá vỡ rào cản hiệu suất 30% 

Tế bào năng lượng mặt trời song song silicon-perovskite của EPFL. Nguồn ảnh: IEC 

Theo tiến sĩ Christophe Ballif, trưởng nhóm nghiên cứu, tấm quang điện mặt trời có tiềm năng rất lớn và là nguồn năng lượng vô tận. Silicon từ lâu đã thống trị ngành công nghiệp quang điện mặt trời, nhờ sự kết hợp vững chắc giữa hiệu quả, độ bền, chi phí và dễ sản xuất.

Ngày nay, silicon là vật liệu được sử dụng phổ thông nhất, tuy nhiên, nó vẫn còn tồn tại những hạn chế cố hữu khiến giới hạn hiệu quả lý thuyết mới đạt 29%, thấp hơn so với công nghệ mới tiềm năng. Giờ đây nhờ sử dụng vật liệu song song silicon – perovskite sẽ đưa hiệu suất vượt ngưỡng 30%, khiến chi phí sản xuất tấm quang điện mặt trời ngày càng rẻ hơn, kinh tế hơn.

Bí quyết công nghệ silicon – perovskite song song nằm ở chỗ sử dụng đồng thời hai vật liệu có khả năng hấp thụ các bước sóng khác nhau. Trong khi silicon vượt trội hơn ánh sáng đỏ và hồng ngoại, thì perovskite khai thác tốt ánh sáng xanh lục và xanh lam của quang phổ. Nhờ vậy, hiệu suất của các tấm quang điện mặt trời công nghệ mới đã vượt trội hơn so với công nghệ truyền thống.

“Chúng tôi xác nhận qua thực nghiệm tiềm năng hiệu quả cao của các cặp perovskite-silicon và nó có giá rẻ hơn. Trước đây, chúng tôi đã đạt mức hiệu suất 30% với các loại vật liệu khác, như chất bán dẫn III-V, nhưng vật liệu này và quy trình sử dụng lại quá đắt, đắt hơn nhiều lần so với tấm quang điện mặt trời silicon”, Christophe Ballif cho hay.

Để vượt qua rào cản nói trên, các nhà khoa học đã bổ sung thêm tế bào quang điện vào silicon, kết quả tạo ra tấm quang điện mặt trời “song hành”. Ánh sáng năng lượng cao của mặt trời được hấp thụ trong ô trên cùng, trong khi ánh sáng hồng ngoại năng lượng thấp được hấp thụ trong ô silicon ở phía sau.

Vật liệu cấu trúc perovskites halogen được cho là khá thích hợp với silicon vì chúng có thể chuyển đổi ánh sáng nhìn thấy thành năng lượng điện hiệu quả hơn so với silicon đơn thuần, đặc biệt, không làm tăng chi phí chế tạo.

Tế bào năng lượng mặt trời song song silicon-perovskite sẽ tạo ra cú hích cho điện bền vững trong tương lai. Nguồn ảnh: Rdorldonline.

Cấu trúc tế bào quang điện mặt trời silicon-perovskite song song bao gồm hai thành phần. Phần đầu là các lớp perovskite lắng đọng từ dung dịch lỏng lên bề mặt silicon phẳng, đạt hiệu suất 30,93% đối với tế bào thử nghiệm 1 cm². Phần thứ hai sử dụng phương pháp kết hợp hơi và dung dịch lỏng để lắng perovskite lên một bề mặt silicon có kết cấu, đạt hiệu suất 31,25% cho tế bào 1 cm².

Năm 2018, silicon-perovskite đã lập “kỳ tích” khi đạt hiệu suất kỷ lục là 25,2%, sau đó kỷ lục này liên tục bị phá vỡ vào năm 2020 ở mức 27,7% rồi 29,15%, sau đó đạt sát 30% vào năm 2021, và giờ đây, rào cản này đã chính thức bị phá vỡ.

Theo các chuyên gia, tuy đạt thành tựu đáng khích lệ nhưng vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu để xác định tính thích hợp của các thiết kế mới khi nhân rộng và khả năng duy trì sản lượng điện ổn định khi lắp trên mái và các vị trí khác trong suốt thời gian hoạt động tiêu chuẩn của tấm quang điện.

Công nghệ song song perovskite – silicon được xem là khả thi, lần đầu tiên vượt mức hiệu suất 30%. Hy vọng nó sẽ là cú hích cho phát triển nguồn điện bền vững với chi phí rẻ cho tương lai.