Pin năng lượng mặt trời siêu mỏng lại đạt kỷ lục hiệu suất chuyển đổi, sẽ sớm thương mại hóa, liệu có phủ đầy thân xe điện?

Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne (EPFL) vừa tìm ra phương pháp đột phá để tăng cường hiệu suất hoạt động và độ ổn định của pin năng lượng mặt trời perovskite, mở ra triển vọng mới trong việc thương mại hóa rộng rãi ngay trong tương lai gần.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi hai tiến sĩ Lukas Pfeifer và Likai Zheng đã phát triển kỹ thuật "biến dạng cấu trúc tinh thể" (lattice strain) nhằm cố định ion rubidium (Rb) bên trong lớp vật liệu perovskite. Công nghệ này giúp giảm đáng kể sự thất thoát năng lượng, đồng thời tăng hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện năng lên tới mức 93,5% so với giới hạn lý thuyết.

Perovskite là vật liệu bán dẫn có cấu trúc tinh thể đặc biệt, từ lâu được biết đến nhờ khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời với hiệu suất cao và chi phí sản xuất thấp hơn đáng kể so với silicon - công nghệ pin mặt trời phổ biến nhất hiện nay. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất của perovskite từ trước tới nay là sự thiếu ổn định theo thời gian và việc thất thoát năng lượng do hiện tượng tái kết hợp phi bức xạ.

Với việc ứng dụng kỹ thuật biến dạng tinh thể và bổ sung ion chloride (Cl), các nhà khoa học đã khắc phục gần như hoàn toàn những hạn chế này. Các ion chloride giúp cân bằng kích thước nguyên tử, giữ rubidium ổn định và giảm thiểu khuyết tật trong cấu trúc vật liệu. Điều này giúp lớp pin perovskite trở nên đồng nhất hơn, ổn định lâu dài hơn và đặc biệt nâng cao đáng kể hiệu suất quang điện.

Kết quả thử nghiệm thực tế rất ấn tượng: vật liệu perovskite mới đã đạt điện áp hở mạch (open-circuit voltage) lên đến 1,30 volt, một trong những giá trị cao nhất từng ghi nhận với dòng vật liệu perovskite dải rộng (wide-bandgap). Đồng thời, hiệu suất lượng tử phát quang (PLQY) cũng được cải thiện mạnh mẽ, chứng tỏ lượng năng lượng bị lãng phí trong quá trình chuyển đổi ánh sáng thành điện năng là rất nhỏ.