Hoạt động nghiên cứu và công nghiệp trên toàn thế giới nhằm thương mại hóa quang điện perovskite. Hầu hết các phòng thí nghiệm nghiên cứu đều tập trung vào các quy trình sản xuất dựa trên dung môi vì những phương pháp này rất linh hoạt và dễ sử dụng. Tuy nhiên, các ngành công nghiệp quang điện đã thành lập hầu như chỉ áp dụng các quy trình chân không để lắng đọng màng mỏng chất lượng cao.
Quang điện Pervoskite hứa hẹn sẽ đạt hiệu quả cao. Các nhà nghiên cứu và đối tác của KIT hiện đã phân tích nhiều phương pháp sản xuất khác nhau. Tín dụng: Tobias Abzieher
Một tập đoàn quốc tế do Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) và Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (NREL) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ dẫn đầu hiện đã phân tích sự khác biệt quan trọng này giữa phòng thí nghiệm và ngành công nghiệp. Họ nhấn mạnh rằng nếu được cải thiện, các quy trình chân không được thử nghiệm công nghiệp có thể góp phần thương mại hóa nhanh chóng pin mặt trời perovskite. Nghiên cứu của họ đã được công bố trên Khoa học Năng lượng & Môi trường.
Trong nghiên cứu pin mặt trời song song perovskite-silicon, hiệu suất hơn 33% đã được chứng minh, vượt xa so với hiệu suất của pin mặt trời dựa trên silicon thông thường. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn chưa tiếp cận được thị trường.
Một trong những thách thức lớn là câu hỏi chưa được giải đáp về quy trình nào phù hợp nhất để sản xuất hàng loạt pin mặt trời perovskite. Trong khi các quy trình sản xuất dựa trên dung môi được sử dụng trong các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới, quy trình lắng đọng pha hơi chân không vẫn là tiêu chuẩn để sản xuất màng mỏng cho quang điện hoặc điốt phát sáng hữu cơ (OLED).
Một tập đoàn quốc tế gồm các đối tác học thuật và công nghiệp do NREL và KIT đứng đầu hiện đã công bố một nghiên cứu so sánh cho thấy những khác biệt lớn trong thảo luận khoa học về các quy trình sản xuất này.
Giáo sư Ulrich W. Paetzold từ Viện Công nghệ vi cấu trúc và Viện công nghệ ánh sáng của KIT giải thích: "98% tất cả các nghiên cứu khoa học vào năm 2022 xử lý các quy trình dựa trên dung môi. Mặt khác, các quy trình dựa trên chân không đã được chứng minh họ đã tham gia vào ngành công nghiệp trong nhiều thập kỷ. Mặc dù họ có thể thúc đẩy việc thương mại hóa pin mặt trời một cách dứt khoát, nhưng họ lại bị thiếu đại diện nhiều."
Sản xuất dựa trên dung môi sử dụng loại mực trong đó muối hữu cơ và vô cơ được hòa tan trong dung môi. Những loại mực này có thể được lắng đọng trên bề mặt chất nền bằng nhiều kỹ thuật in khác nhau. Mặt khác, sản xuất dựa trên chân không sử dụng quy trình khô và không dung môi. Vật liệu được thăng hoa trong chân không dưới nguồn cung cấp nhiệt, tức là chúng được chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái khí và ngưng tụ trên bề mặt đế. Cũng có thể kết hợp cả hai quy trình để sản xuất pin mặt trời perovskite.
Hiệu quả và năng suất của phòng thí nghiệm không phải là tất cả trong sản xuất hàng loạt
Trong nghiên cứu của họ, các tác giả đã phân tích những ưu điểm và nhược điểm của cả hai phương pháp. Sự thống trị của sản xuất dựa trên dung môi trong nghiên cứu chủ yếu là do nó dễ sử dụng trong phòng thí nghiệm, hiệu quả tốt trong điều kiện phòng thí nghiệm và chi phí thấp. Có thể sản xuất cuộn để cuộn có thể mở rộng, như được sử dụng trong in báo.
Sản xuất dựa trên chân không có liên quan đến chi phí đầu tư cao hơn một chút. Tỷ lệ lắng đọng vẫn thấp hơn so với sản xuất nghiên cứu dựa trên dung môi. Tuy nhiên, các tác giả đưa ra nhiều giải pháp khác nhau và kết luận rằng công nghệ dựa trên chân không có tính cạnh tranh về các thông số thực tế như chi phí năng lượng, năng suất sản xuất, chi phí vật liệu, chi phí ngừng hoạt động và chi phí tái chế.
Khả năng tái tạo tốt của quá trình lắng đọng, dễ kiểm soát quy trình, sự sẵn có của thiết bị xử lý công nghiệp và khả năng mở rộng dễ dàng của quá trình lắng đọng từ pin mặt trời quy mô phòng thí nghiệm nhỏ đến các khu vực sản phẩm liên quan đến ứng dụng khiến cho việc sản xuất dựa trên chân không trở nên rất hấp dẫn để thương mại hóa. Tobias Abzieher, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Sản xuất dựa trên chân không hoạt động tốt hơn so với danh tiếng của nó”.
Do đó, các tác giả không ngạc nhiên khi thấy rằng ngành công nghiệp đã rất quan tâm đến các quy trình dựa trên chân không để sản xuất pin mặt trời perovskite, mặc dù chúng khác với phương pháp chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu.
Các nhà nghiên cứu cho biết, để tận dụng tối đa tác dụng mở rộng quy mô của các quy trình dựa trên chân không, cần có những cải tiến hơn nữa. Điều quan trọng là phải nghiên cứu chất lượng lắng đọng để nâng cao hiệu quả. Ngoài ra, tốc độ lắng đọng cần phải được tăng lên đáng kể.
David Moore của NREL cho biết thêm: “Việc lắng đọng hơi không chỉ là lựa chọn số một trong ngành khi đưa sản phẩm màng mỏng mới ra thị trường, phân tích của chúng tôi còn cho thấy rằng nó còn có thể cạnh tranh về mặt chi phí so với lắng đọng bằng giải pháp”.
Mời đối tác xem hoạt động của Pacific co.ltd:
Fanpage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLtd
