Các nhà nghiên cứu chế tạo tấm pin mặt trời ổn định mà không cần silicon
Tess Malone, Viện Công nghệ Georgia
Mẫu tấm pin mặt trời mới. Nguồn: Christopher McKenney/Viện Công nghệ Georgia
Năng lượng mặt trời như một nguồn điện đang phát triển ở Hoa Kỳ, với 7% người Mỹ sử dụng năng lượng này để chạy nhà. Nhưng các nhà khoa học vẫn đang cố gắng làm cho quy trình sản xuất tấm pin mặt trời hiệu quả hơn.
Tấm pin mặt trời bao gồm hàng chục tế bào quang điện, thường được làm bằng silicon. Mặc dù silicon là tiêu chuẩn, nhưng việc sản xuất và xử lý nó lại tiêu tốn nhiều năng lượng, khiến việc xây dựng các cơ sở sản xuất tấm pin mặt trời mới trở nên tốn kém. Hầu hết các tế bào quang điện trên thế giới được sản xuất tại Trung Quốc, nơi có nguồn silicon dồi dào. Để tăng sản lượng pin mặt trời tại Hoa Kỳ, cần có một vật liệu trong nước mới, dễ sản xuất.
"Chúng tôi đang phát triển các công nghệ mà chúng tôi có thể dễ dàng sản xuất mà không cần tốn nhiều tiền cho các thiết bị đắt tiền", Juan-Pablo Correa-Baena, phó giáo sư tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, cho biết.
Trong nhiều năm, nhóm nghiên cứu của Correa-Baena đã khám phá việc sử dụng tinh thể perovskite thay thế cho silicon. Một sự thay thế đầy hứa hẹn và phổ biến, perovskite được tạo thành từ các nguyên tử iốt, chì và các nguyên tố hữu cơ. Nó cũng hiệu quả như silicon.
Tuy nhiên, perovskite có một nhược điểm lớn: Nó chỉ tồn tại được khoảng 5% thời gian so với pin silicon. So với 20 năm của silicon, pin perovskite bị hỏng sau một năm sử dụng. Vật liệu này đặc biệt nhạy cảm với nhiệt độ mùa hè nóng bức và có thể phân hủy trước khi tấm pin mặt trời có thể giúp chủ nhà tiết kiệm chi phí năng lượng.
Nguồn: Christopher McKenney/Viện Công nghệ Georgia
Sử dụng công nghệ mới, phòng thí nghiệm của Correa-Baena đã tìm ra cách ổn định pin mặt trời perovskite, được chế tạo giống như pin. Chúng có một điện cực dương và một điện cực âm, với pin perovskite kẹp giữa chúng. Trước khi đặt điện cực dương ở phía trên cùng của pin, các nhà nghiên cứu đã tiếp xúc perovskite với khí titan trong điều kiện chân không nhẹ.
Quá trình này, được gọi là sự thẩm thấu pha hơi, nhúng titan vào lớp trên cùng của tế bào quang điện. Công nghệ này đang được xem xét cấp bằng sáng chế.
"Chúng tôi đã làm cho một trong những lớp gây ra vấn đề về tuổi thọ trở nên bền hơn và có khả năng phục hồi ở nhiệt độ đặc biệt cao", Correa-Baena cho biết. "Trong quá trình đưa titan vào này, chúng tôi có thể ngăn chặn quá trình phân hủy và sau đó chúng tôi có thể thử nghiệm tế bào quang điện trên mái nhà hoặc bất cứ nơi nào".
Cuối cùng, sự chuyển đổi từ silicon sang tinh thể perovskite trong sản xuất tế bào quang điện có thể làm thay đổi ngành công nghiệp năng lượng mặt trời. Kỹ thuật ổn định sáng tạo do nhóm của Correa-Baena phát triển giải quyết được nhược điểm chính của tế bào perovskite, giúp chúng khả thi hơn khi sử dụng lâu dài. Tiến bộ này không chỉ nâng cao tiềm năng sản xuất tế bào quang điện trong nước mà còn hỗ trợ mục tiêu rộng hơn là tăng cường áp dụng năng lượng tái tạo tại Hoa Kỳ.
