Tìm ra vật liệu mới làm pin mặt trời
Pin năng lượng mặt trời sử dụng vật liệu perovskite hiện được coi là một trong những ứng viên tiềm năng sẽ “soán ngôi” của các tấm pin mặt trời silic truyền thống.
Bắt tay nghiên cứu từ năm 2011, TS Đào Quang Duy, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đến nay đã phát triển thành công vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin, với đầy đủ tính chất phù hợp để tạo thành lớp chuyển tiếp lỗ trống trong pin mặt trời perovskite.
Đây là loại vật liệu quan trọng tác động tới độ bền và tuổi thọ của pin perovskite. Khác với pin mặt trời sillic truyền thống, các lớp chuyển tiếp lỗ trống của pin perovskite sử dụng vật liệu dạng rắn, không phải điện phân lỏng, có khả năng hấp thụ và khuếch tán năng lượng tốt.
Để chế tạo vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin, TS Duy và cộng sự áp dụng công nghệ quay phủ. Công nghệ này có ưu điểm giá thành hợp lý nhưng vẫn đảm bảo pin tăng sức bền dẻo và độ ổn định. Nghiên cứu cho thấy, vật liệu này có độ linh động hạt tải mang điện cao, và dễ hòa tan trong các dung môi hữu cơ, có khả năng bảo vệ lớp vật liệu perovskite. Cấu trúc tinh thể của pin giúp quá trình chuyển đổi các photon ánh sáng từ nguồn mặt trời thành điện năng sử dụng, được diễn ra hiệu quả.
Đặc biệt, kể cả khi chưa được tối ưu hóa, pin sử dụng vật liệu hữu cơ nguyên tử nhỏ làm lớp chuyển tiếp lỗ trống có hiệu suất chuyển đổi năng lượng ở mức cao, đạt 15%.
Ngoài ra, việc sử dụng vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin không cần pha tạp, có thể làm tăng độ bền của pin gấp hai lần, bảo vệ lớp perovskite bên ngoài.
Mặc dù trên thế giới đã có những bước tiến về hiệu suất trong việc chế tạo pin mặt trời perovskite, nhưng vẫn còn những tồn tại nhất định trước khi tiến tới thương mại hóa, đó chính là độ bền của pin, độ điện trễ và cách chế tạo những tấm pin perovskite có diện tích lớn. Trong đó, độ bền của pin vẫn bị hạn chế do lớp vật liệu lai tạp perovskite rất dễ bị thủy phân, tức chúng rất kỵ nước.
Trong khi đó, lớp vật liệu chuyển tiếp lỗ trống (dạng rắn, như là Spiro-MeOTAD, PTAA) hiện nay thường có độ dẫn điện thấp, dẫn đến chúng cần phải được pha tạp bởi một chất bán dẫn khác để tăng độ dẫn (như là LiTFSI).
Tuy nhiên, các chất bán dẫn pha tạp lại thường có đặc tính hút ẩm cao, dẫn đến làm thủy phân các lớp bán dẫn lai tạp perovskite. Chính vì vậy, việc tìm một chất chuyển tiếp lỗ trống mới không sử dụng chất bán dẫn pha tạp là rất cần thiết để nâng cao độ bền của pin.
“Mặc dù, hiệu suất này tương đương với pin silic truyền thống, nhưng việc chế tạo vật liệu mới được nhóm chú ý đến giá thành chế tạo hợp lý, dễ dàng áp dụng công nghệ và ít ảnh hưởng tới môi trường vì không cần sử dụng thêm các hợp chất pha tạp.
Trong thời gian tới, chúng tôi sẽ tối ưu hóa các lớp vật liệu khác trong pin mặt trời perovskite để nâng cao hơn nữa hiệu suất, qua đó giúp công nghệ sản xuất pin mặt trời perovskite tiến thêm một bước trong quá trình thương mại hóa. Để tăng cao hiệu suất, sẽ phải mất thêm thời gian nghiên cứu, nhưng đây là triển vọng lớn để phát triển ngành năng lượng tái tạo vốn đầy tiềm năng ở Việt Nam”, TS Duy cho biết.
Pin năng lượng mặt trời sử dụng vật liệu perovskite hiện được coi là một trong những ứng viên tiềm năng sẽ “soán ngôi” của các tấm pin mặt trời silic truyền thống. Hiện nay, tại thị trường Việt Nam, tấm pin mặt trời silic được sử dụng phổ biến và chủ yếu. Việc nhập khẩu và sử dụng pin mặt trời silic không chỉ có chi phí cao mà còn gây ra một số e ngại về ảnh hưởng tới môi trường đất khi các tấm pin hết vòng đời do pin silic có chứa nhiều tạp chất.
Việc phát triển loại vật liệu pin năng lượng mặt trời mới tại Việt Nam giúp giảm giá thành mà vẫn đảm bảo thân thiện với môi trường và an toàn cho sức khỏe của người sử dụng vì thế mang ý nghĩa lớn và được kỳ vọng sẽ đạt nhiều thành tựu hơn nữa.
Nhật Hạ
