Các nhà khoa học Trung Quốc đang tạo ra các tế bào quang điện silicon dày 1/20 mm và có thể gập lại được
Pin mặt trời silicon là xương sống của điện được tạo ra bởi năng lượng mặt trời trên thế giới và chiếm khoảng 95% pin mặt trời trên thị trường quang điện
Nghiên cứu mới được thực hiện bởi một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra pin mặt trời silicon mỏng nhất từ trước đến nay: một vật liệu dẻo, giống như giấy có thể chuyển đổi ánh sáng thành điện năng mà không làm giảm hiệu quả và cực kỳ nhẹ.
Pin mặt trời silicon là xương sống của điện được tạo ra bởi năng lượng mặt trời trên thế giới và chiếm khoảng 95% pin mặt trời trên thị trường quang điện. Khi chi phí sản xuất và sản xuất năng lượng giảm, pin mặt trời đã được sử dụng rộng rãi hơn trong các công viên năng lượng mặt trời trên mặt đất và quang điện phân tán.
Thứ Hai tuần trước, tờ Nhật báo Khoa học và Công nghệ nhà nước dẫn lời Li Yang, giáo sư tại Đại học Khoa học và Công nghệ Giang Tô (JUST), nói rằng pin mặt trời silicon tinh thể, được làm từ tấm silicon, là công nghệ trưởng thành nhất và phổ biến hơn cho sản xuất năng lượng quang điện, “nhưng họ phải đối mặt với hai nút thắt công nghệ chính”.
Một nhược điểm là hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các tế bào silicon lớn vẫn bị giới hạn ở mức 26%; trở ngại khác là độ dày của các tế bào – thường là 150 đến 180 micromet (0,15 mm đến 0,18 mm), điều này gây khó khăn khi sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu vật liệu nhẹ và linh hoạt hơn, chẳng hạn như mái cong, vệ tinh và trạm vũ trụ.
Ví dụ, máy bay có yêu cầu về trọng lượng cực kỳ nghiêm ngặt và đã sử dụng pin mặt trời màng mỏng, một loại pin mặt trời rộng khác. Tuy nhiên, theo Li, chúng đắt tiền, tuổi thọ ngắn và không phù hợp với nhu cầu thương mại.
Pin mặt trời silicon linh hoạt do Li và các cộng tác viên của ông phát triển mỏng hơn và nhẹ hơn nhiều so với các pin thông thường và có hiệu suất năng lượng cao. Li cho biết: “Chúng tôi đã phát triển các tế bào silicon tinh thể mỏng tới 50 micromet – mỏng hơn một tờ giấy A4 – có thể gấp lại thành cuộn và hiệu quả hơn nhiều so với các tế bào thông thường”. Để bạn dễ hình dung, 50 micromet là 0,05 mm
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 31 tháng 1, là kết quả hợp tác của các nhà khoa học từ JUST, công ty Công nghệ Năng lượng Xanh LONGi tại Đại học Xian và Curtin ở Úc.
Pin mặt trời silicon tinh thể còn được gọi là cấu trúc “bánh sandwich”, nghĩa là chất nền wafer – lớp giữa – chiếm hơn 99% độ dày của tế bào. Các nhà khoa học trên khắp thế giới đã sử dụng các phương pháp khác nhau để phát triển pin mặt trời nhẹ hơn, linh hoạt hơn, hiệu quả cao hơn và có giá trị thương mại hơn.
Nhưng nhóm do Trung Quốc dẫn đầu còn tinh tế hơn nữa. Bài báo trên tạp chí Nature viết: “Việc làm mỏng wafer không chỉ làm giảm trọng lượng và chi phí [của pin mặt trời] mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển và phân tách điện tích”.
Tuy nhiên, việc chế tạo các tấm bán dẫn ngày càng mỏng hơn luôn phải trả giá về mặt hiệu quả: pin mặt trời silicon mỏng hơn luôn kém hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng so với pin dày hơn.
Trong một bài báo xuất bản cùng số báo, các tác giả cho biết các tế bào silicon tinh thể mỏng trước đây – dày chưa đến 150 micromet, được sản xuất bằng kỹ thuật thông thường – có hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) dao động từ 23,27 đến 24,7%.
Thay vào đó, nhóm JUST đã giải quyết được vấn đề về tấm bán dẫn trong khi vẫn duy trì hiệu suất 26%, phù hợp với những gì có thể đạt được từ các tế bào silicon tinh thể một trạng thái tốt nhất, tức là không cần bổ sung các lớp pyrovskite.
Những pin mặt trời siêu mỏng này cũng có thể uốn cong được. “Chúng không thể uốn cong làm đôi, nhưng chúng có thể uốn cong thành bất kỳ độ cong nào,” Li nói và cho biết thêm rằng tính năng này sẽ mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của tế bào silicon tinh thể.
Pin mặt trời linh hoạt có nhiều khả năng ứng dụng hơn, bao gồm sử dụng trong hàng không vũ trụ, khí cầu, máy bay không người lái và các thiết bị thông minh có thể đeo hoặc đơn giản là che phủ các bề mặt cong. Chúng sẽ nhẹ hơn đáng kinh ngạc và có khả năng rẻ hơn.
Li cho biết các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển các tế bào silicon tinh thể linh hoạt và hiệu quả hơn mà một ngày nào đó có thể di động như một cuộn phim.
