Một chiến lược hợp lý và có thể mở rộng để chế tạo pin mặt trời dị thể silicon hiệu quả
Hình minh họa tóm tắt thiết kế pin mặt trời SHJ do nhóm đề xuất. Tín dụng: Yu và cộng sự.
Dị thể silicon (SHJ), pin mặt trời dựa trên sự dị thể giữa các chất bán dẫn với các khoảng trống dải khác nhau, là một trong những công nghệ quang điện hứa hẹn nhất. Cho đến nay, các tế bào này đã thể hiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng vượt trội và độ ổn định vận hành tốt.
Mặc dù có tiềm năng to lớn và những lợi thế đáng chú ý, pin mặt trời SHJ thường dựa trên các vật liệu quý hiếm và đắt tiền, điều này hạn chế việc triển khai rộng rãi. Ngoài ra, việc chế tạo chúng thường không tương thích với các quy trình sản xuất hiện có, khiến việc sản xuất quy mô lớn trở nên phức tạp hơn.
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Công ty Công nghệ Maxwell Tô Châu, Đại học Nankai và các viện nghiên cứu khác ở Trung Quốc gần đây đã giới thiệu một chiến lược thiết kế và chế tạo mới có thể giảm chi phí của công nghệ năng lượng mặt trời SHJ mà không làm giảm đáng kể hiệu quả của chúng. Trong một bài báo đăng trên tạp chí Năng lượng thiên nhiên, nhóm nghiên cứu đã trình bày những kết quả rất hứa hẹn mà pin mặt trời được sản xuất bằng chiến lược đề xuất của họ.
Cao Yu, Qiaojiao Zou và các đồng nghiệp của họ viết trong bài báo: “Nguồn cung cấp indium hiếm hạn chế và giá bột bạc cao là một trong những vấn đề quan trọng nhất mà pin mặt trời SHJ sẽ phải đối mặt”. "Để vượt qua trở ngại của các điện cực trong suốt gốc indi cho pin mặt trời SHJ hiệu quả, chúng tôi đã chế tạo thành công vật liệu điện cực thiếc oxit không pha tạp (SnOx) giá rẻ và có thể sản xuất hàng loạt bằng cách phún xạ ở nhiệt độ phòng."
Yu, Chu và các đồng nghiệp của ông đã có thể chế tạo các điện cực trong suốt mới (tức là các thành phần thiết yếu của pin mặt trời SHJ) dựa trên SnOx không pha tạp, sử dụng kỹ thuật lắng đọng có khả năng mở rộng cao, tương thích với các quy trình sản xuất hiện có. Trong các thử nghiệm ban đầu, người ta thấy những vật liệu này thể hiện những đặc tính có lợi thế cao, mang lại hiệu suất tuyệt vời cho pin mặt trời của nhóm.
Yu, Zou và các đồng nghiệp của họ viết trong bài báo: “Tận dụng khuyết điểm chỗ khuyết oxy tự nhiên của nó, độ linh động chất mang và điện trở suất của vật liệu đã chuẩn bị lần lượt đạt 22 cm2 V−1 s−1 và 2,38 × 10−3 Ω cm”.
"Pin mặt trời SHJ với điện cực trong suốt phía trước SnOx không pha tạp đã chứng minh hiệu suất 24,91%. Hơn nữa, màng SnOx có độ ổn định hóa học tuyệt vời và có thể chịu được sự ăn mòn của dung dịch axit và kiềm trong quá trình mạ điện. Cuối cùng, pin mặt trời SHJ với điện cực mạ đồng và các điện cực trong suốt gốc indi hai mặt đã giảm một nửa đã được chuẩn bị và đã đạt được hiệu suất được chứng nhận là 25,94% (tổng diện tích là 274,4 cm2).
Công trình gần đây của nhóm các nhà nghiên cứu này nêu bật triển vọng sử dụng SnOx không pha tạp, thay thế cho indium và bạc để tạo ra các điện cực trong suốt cho pin mặt trời SHJ. Chiến lược thiết kế được đề xuất của họ dường như vẫn giữ được hiệu suất của pin mặt trời, đồng thời giảm đáng kể chi phí và công sức cần thiết để chế tạo chúng.
Những phát hiện gần đây của các nhà nghiên cứu có thể sớm truyền cảm hứng cho các nghiên cứu khác khám phá tiềm năng của các điện cực trong suốt mà họ tạo ra hoặc của các điện cực dựa trên các vật liệu tương tự khác. Nhìn chung, những nỗ lực này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất và thương mại hóa quang điện SHJ trên quy mô lớn, vốn cho đến nay vẫn đầy hứa hẹn nhưng khó nâng cấp.
