Nghiên cứu thúc đẩy thương mại hóa công nghệ pin mặt trời tiết kiệm năng lượng hướng tới cột mốc hiệu suất 40%
Đại học Bách khoa Hồng Kông
Giáo sư Li Gang (trái), Giáo sư Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Chuyển đổi Năng lượng và Giáo sư Tài trợ Sir Sze-yuen Chung về Năng lượng Tái tạo, cùng Giáo sư Yang Guang (phải), Phó Giáo sư, cả hai đều thuộc Khoa Kỹ thuật Điện và Điện tử của Đại học Bách khoa Hồng Kông, đã tiến hành đánh giá chuyên sâu về những thách thức và triển vọng tương lai của pin mặt trời perovskite/silicon (TSC). Nguồn: Đại học Bách khoa Hồng Kông
Công nghệ pin mặt trời thế hệ thứ ba đang phát triển nhanh chóng. Một nhóm nghiên cứu kỹ thuật tại Đại học Bách khoa Hồng Kông (PolyU) đã đạt được bước đột phá trong lĩnh vực pin mặt trời perovskite/silicon tandem (TSC), tập trung vào việc giải quyết các thách thức bao gồm cải thiện hiệu suất, độ ổn định và khả năng mở rộng.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích toàn diện về hiệu suất của TSC và đưa ra các khuyến nghị chiến lược, nhằm nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng của loại pin mặt trời mới này từ mức tối đa hiện tại khoảng 34% lên khoảng 40%.
Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ đẩy nhanh quá trình thương mại hóa TSC perovskite/silicon thông qua sự hợp tác giữa ngành công nghiệp, học viện và nghiên cứu, đồng thời phù hợp với kế hoạch chiến lược của quốc gia về việc đạt đỉnh carbon và trung hòa carbon, đồng thời thúc đẩy phát triển các công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo thông qua năng lượng tái tạo.
Nhóm nghiên cứu bao gồm các học giả hàng đầu như Giáo sư Li Gang, Giáo sư Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Chuyển đổi Năng lượng và Giáo sư Tài trợ Sir Sze-yuen Chung về Năng lượng Tái tạo, và Giáo sư Yang Guang, Phó Giáo sư, cả hai đều thuộc Khoa Kỹ thuật Điện và Điện tử của PolyU.
Họ đã tiến hành một đánh giá quan trọng về những thách thức và triển vọng tương lai của TSC perovskite/silicon với tiêu đề "Hướng tới pin mặt trời song song perovskite/silicon hiệu quả, có khả năng mở rộng và ổn định", bài báo đã được công bố trên tạp chí Nature Photonics.
Giải quyết các thách thức về độ ổn định và sản xuất
"Mặc dù các thiết bị quy mô phòng thí nghiệm đã cho thấy những tiến bộ đáng kể về hiệu suất, nhưng vẫn cần những nỗ lực hơn nữa để cải thiện độ tin cậy của chúng, bao gồm việc giảm thiểu tổn thất hiệu suất từ các thiết bị diện tích nhỏ sang các mô-đun diện tích lớn", Giáo sư Gang cho biết. "Cũng cần đặc biệt chú trọng đến việc đảm bảo khả năng sản xuất vật liệu và phương pháp phù hợp với các tiêu chuẩn công nghiệp."
Để giải quyết những vấn đề này, Giáo sư Guang và nhóm nghiên cứu đã nêu bật một số thách thức kỹ thuật quan trọng. Thứ nhất, tính không ổn định nội tại của vật liệu perovskite dưới các áp lực môi trường như độ ẩm, oxy, tia cực tím và biến động nhiệt vẫn là một thách thức lớn. Thứ hai, việc chuyển đổi các thiết bị song song sang mô-đun quy mô thương mại đòi hỏi phải vượt qua các rào cản liên quan đến tính đồng nhất, kiểm soát khuyết tật và chế tạo diện tích lớn.
Mặc dù các thử nghiệm sơ bộ ngoài trời đối với các TSC perovskite/silicon đã được tiến hành, nhưng dữ liệu được chứng nhận về độ tin cậy lâu dài của chúng vẫn còn khan hiếm. Để đánh giá tốt hơn tuổi thọ thực tế và tiềm năng thương mại của các cell pin này, các nhà nghiên cứu khuyến nghị nên tiến hành thử nghiệm độ ổn định tăng tốc nghiêm ngặt dựa trên các quy trình tiêu chuẩn do Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế đề ra.
Ngoài ra, mặc dù nguyên liệu thô perovskite có giá thành tương đối thấp, việc sử dụng các nguyên tố hiếm và chì kim loại nặng trong hầu hết các thiết kế pin mặt trời gây ra những lo ngại đáng kể về môi trường và quy định. Do đó, nghiên cứu này ủng hộ việc phát triển các giải pháp thay thế bền vững, cùng với các chiến lược tái chế hoặc cô lập chì hiệu quả để cho phép thương mại hóa khả thi.
Thúc đẩy hợp tác giữa ngành công nghiệp, học viện và nghiên cứu
Nhóm nghiên cứu PolyU ủng hộ sự hợp tác giữa ngành công nghiệp, học viện và nghiên cứu thông qua phương pháp tiếp cận đa ngành, tích hợp khoa học vật liệu, kỹ thuật thiết bị và mô hình kinh tế để phát triển công nghệ quang điện đầy hứa hẹn này. "Việc phát triển các TSC perovskite/silicon hiệu quả và đáng tin cậy phải giải quyết những thách thức khoa học còn tồn tại này để đạt được chi phí điện năng bình quân thấp hơn", Giáo sư Guang cho biết.
Nhóm nghiên cứu hy vọng nghiên cứu này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi công nghệ từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sang sản xuất thương mại, đồng thời phù hợp chặt chẽ với kế hoạch chiến lược của quốc gia về đạt đỉnh carbon và trung hòa carbon. Bằng cách cung cấp nguồn năng lượng tái tạo hiệu suất cao ổn định, chúng tôi đặt mục tiêu cung cấp nguồn điện xanh và đáng tin cậy cho các ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng như trí tuệ nhân tạo, từ đó góp phần đạt được sự chuyển đổi cơ cấu năng lượng theo hướng ít carbon."
Thông tin thêm: Guang Yang và cộng sự, Hướng tới pin mặt trời perovskite/silicon tandem hiệu quả, có khả năng mở rộng và ổn định, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01732-y
Thông tin tạp chí: Nature Photonics
Được cung cấp bởi Đại học Bách khoa Hồng Kông
