Pin mặt trời uốn cong phá vỡ kỷ lục về hiệu suất – và có thể sớm vượt trội hơn các tấm pin cứng
Theo Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Ngày 18 tháng 4 năm 2025
Pin mặt trời song song perovskite/CIGS linh hoạt được phát triển bằng cách sử dụng phương pháp chống gieo hạt dung môi. Nguồn: NIMTE
Một bước đột phá của các nhà khoa học Trung Quốc đã thúc đẩy công nghệ pin mặt trời linh hoạt tiến lên bằng cách giải quyết một thách thức thiết kế lớn: liên kết các lớp perovskite mịn với các chất nền CIGS thô hơn.
Kỹ thuật mới của họ sử dụng thao tác dung môi thông minh và lớp gieo hạt để cải thiện độ bám dính, hiệu quả và độ bền. Kết quả là một pin mặt trời song song linh hoạt có thể sánh ngang với các mô hình cứng về công suất đầu ra và có thể uốn cong hàng nghìn lần mà không làm giảm nhiều hiệu suất. Đây có thể là bước ngoặt trong việc chế tạo các pin mặt trời siêu hiệu quả, nhẹ để sẵn sàng sử dụng trong thế giới thực.
Tăng hiệu suất pin mặt trời bằng độ bám dính tốt hơn
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một phương pháp để chế tạo các pin mặt trời song song linh hoạt hiệu quả và bền hơn bằng cách cải thiện cách các lớp trên cùng và dưới cùng bám dính với nhau.
Cốt lõi của thiết kế này là đồng indium gallium selenide (CIGS), một chất bán dẫn được sử dụng rộng rãi, được biết đến với khoảng cách dải có thể điều chỉnh, khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh, độ nhạy thấp với những thay đổi nhiệt độ và độ ổn định tuyệt vời trong thời gian dài. Những đặc tính này khiến CIGS trở thành vật liệu lý tưởng cho lớp dưới cùng của pin mặt trời song song thế hệ tiếp theo.
Trong pin mặt trời song song linh hoạt, lớp trên cùng bằng perovskite, một vật liệu hấp thụ ánh sáng hiệu quả, được ghép nối với lớp dưới cùng bằng CIGS. Sự kết hợp này mang lại tiềm năng lớn cho các tấm pin mặt trời nhẹ, hiệu suất cao. Tuy nhiên, kết cấu thô của lớp CIGS khiến việc lắng đọng các màng perovskite chất lượng cao lên trên trở nên khó khăn, tạo ra rào cản chính đối với quá trình phát triển thương mại.
Một chiến lược thông minh để cải thiện liên kết lớp
Trong một nghiên cứu được công bố hôm nay (ngày 18 tháng 4) trên tạp chí Nature Energy, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Jichun Ye từ Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba (NIMTE) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đứng đầu đã phát triển một chiến lược chống gieo hạt dung môi sáng tạo để nâng cao hiệu suất của các pin mặt trời trên cùng bằng perovskite trên các bề mặt thô ráp.
Các nhà khoa học đã tách các quá trình hấp phụ và hòa tan lớp đơn tự lắp ráp (SAM) đồng thời tích hợp quá trình gieo hạt perovskite. Họ sử dụng dung môi có độ phân cực cao để ngăn SAM kết cụm trong quá trình hòa tan, trong khi dung môi có độ phân cực thấp hoạt động như chất chống dung môi để thúc đẩy quá trình hình thành SAM dày đặc trong quá trình hấp phụ. Ngoài ra, lớp hạt giống được trộn sẵn đã cải thiện khả năng thấm ướt và độ kết tinh của perovskite, đảm bảo độ bám dính mạnh vào chất nền.
Phá vỡ kỷ lục về hiệu suất của tế bào quang điện linh hoạt
Với những cải tiến này, nhóm đã chế tạo được tế bào quang điện song song perovskite/CIGS nguyên khối linh hoạt có diện tích 1,09 cm². Cạnh tranh với các đối thủ cứng hàng đầu, thiết bị này đạt được hiệu suất ổn định ấn tượng là 24,6% (được chứng nhận là 23,8%), một trong những giá trị cao nhất được báo cáo cho đến nay đối với tế bào quang điện màng mỏng linh hoạt.
Sau 320 giờ hoạt động và 3.000 chu kỳ uốn cong ở bán kính 1 cm, thiết bị vẫn giữ được hơn 90% hiệu suất ban đầu, chứng minh độ bền cơ học và độ ổn định lâu dài vượt trội.
Một bước tiến tới đột phá về năng lượng mặt trời thương mại
Thành tựu này mở đường cho việc phát triển các tế bào quang điện song song linh hoạt, hiệu suất cao, tiết kiệm chi phí, thúc đẩy ứng dụng thương mại của công nghệ tế bào quang điện song song.
Tài liệu tham khảo: Ngày 18 tháng 4 năm 2025, Nature Energy.
DOI: 10.1038/s41560-025-01760-6
