Lớp phủ pin mặt trời mới vẫn duy trì hiệu suất cao bất chấp độ ẩm mùa hè
Theo Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia
Chất phụ gia được đưa vào dung dịch để tạo lớp quang hoạt giúp tăng cường dòng chảy Marangoni, do đó bù đắp dòng chảy mao dẫn do sự thay đổi năng lượng bề mặt của chất nền do độ ẩm tương đối, và ức chế sự biến thiên dòng chảy ròng do độ ẩm gây ra. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Khi nhu cầu năng lượng tái tạo toàn cầu ngày càng tăng, pin mặt trời tiếp tục được chú ý như một nguồn năng lượng sạch quan trọng. Trong số đó, pin mặt trời được xử lý bằng dung dịch mang lại những lợi thế như chi phí thấp và khả năng mở rộng quy mô, vì chúng có thể được sản xuất chỉ bằng cách phủ và sấy khô các vật liệu giống như mực trên các bề mặt lớn.
Tuy nhiên, quy trình này trước đây thường nhạy cảm với độ ẩm môi trường - đặc biệt là trong mùa hè ẩm ướt - dẫn đến hiệu suất không ổn định và chi phí sản xuất cao do cần duy trì điều kiện độ ẩm thấp.
Một nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST), do Tiến sĩ Hae Jung Son từ Trung tâm Nghiên cứu Quang điện Tiên tiến dẫn đầu, đã phát triển một công nghệ phủ phụ gia điện môi mới, cho phép sản xuất pin quang điện hữu cơ hiệu suất cao (OPV) một cách đáng tin cậy bất kể độ ẩm thay đổi theo mùa.
Phát hiện của nhóm đã được công bố trên tạp chí Joule.
Các nhà nghiên cứu đã đưa carvone (CV), một chất phụ gia điện môi giá rẻ, vào dung dịch lớp quang hoạt. CV tạo thành phức hợp không cộng hóa trị với vật liệu nhận hữu cơ (L8-BO), giúp tăng cường quá trình kết tinh và ổn định dòng chảy bên trong trong quá trình phủ cánh - một bước quan trọng trong chế tạo pin mặt trời. Sự cải tiến này cho phép hình thành các màng quang hoạt đồng đều ngay cả trong điều kiện độ ẩm tương đối của môi trường từ 10% đến 70%.
Bằng cách sử dụng D18 và PM6 làm vật liệu cho, và N3 và L8-BO làm vật liệu nhận cùng với chất phụ gia, một mô-đun quang điện hữu cơ (OPV) với diện tích hoạt động 20,33 cm² đã được chế tạo và cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) là 16,27%, đây là PCE cao nhất được báo cáo đối với các mô-đun OPV có diện tích hoạt động lớn hơn 20 cm². Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Khi được áp dụng vào chế tạo pin mặt trời, quy trình dựa trên CV đã mang lại hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) là 16,27% cho một mô-đun diện tích lớn (20,33 cm²), so với 15,1% của các phương pháp thông thường.
Đáng chú ý, sự thay đổi hiệu suất theo mùa vẫn nằm trong khoảng ±2%, thấp hơn độ lệch điển hình quan sát được ở các tấm pin mặt trời thương mại.
Bên cạnh việc cải thiện hiệu suất, công nghệ mới này còn loại bỏ nhu cầu về các cơ sở phòng khô tốn kém. Thay vào đó, các nhà sản xuất có thể dễ dàng trộn phụ gia vào các giải pháp phủ hiện có và sử dụng thiết bị hiện tại mà không cần cải tiến. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất và khiến giải pháp này đặc biệt hấp dẫn đối với sản xuất hàng loạt.
Thị trường toàn cầu cho pin mặt trời hiệu suất cao thế hệ tiếp theo dự kiến sẽ đạt khoảng 1,5 nghìn tỷ USD (2.000 nghìn tỷ KRW), với sự cạnh tranh công nghệ gay gắt giữa các quốc gia như Trung Quốc và Hoa Kỳ.
Quy trình phủ lớp quang hoạt có thể ít bị ảnh hưởng bởi độ ẩm tương đối, và các pin OPV tạo ra cũng ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi theo mùa. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Phương pháp tiếp cận dựa trên CV do KIST phát triển mang lại cho Hàn Quốc một lợi thế chiến lược bằng cách đồng thời mang lại hiệu suất cao và khả năng mở rộng kinh tế.
Tiến sĩ Son của KIST cho biết: "Công nghệ này giải quyết vấn đề tái tạo lâu dài do biến động độ ẩm gây ra và mở ra một hướng đi có thể mở rộng hướng tới sản xuất năng lượng mặt trời chi phí thấp, ổn định và hiệu suất cao. Hiện chúng tôi đang mở rộng phương pháp này sang các mô-đun năng lượng mặt trời song song và tìm kiếm sự hợp tác với các đối tác nghiên cứu trong ngành và trên toàn cầu."
Thông tin thêm: Sungmin Park và cộng sự, Phụ gia điện môi cho phép chuẩn bị hình thái hỗn hợp không phụ thuộc vào độ ẩm cho pin quang điện hữu cơ hiệu suất cao, diện tích lớn, Joule (2025). DOI: 10.1016/j.joule.2025.101927
Thông tin tạp chí: Joule
