Một nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Khoa học Vật lý và Công nghệ (FTMC, Litva), cùng với các đối tác từ Đại học Công nghệ Tallinn (Estonia) đã tiến hành tổng hợp vật liệu mới có khả năng bổ sung cho công nghệ pin mặt trời silicon và tăng hiệu suất tổng thể của mô-đun năng lượng mặt trời .
Thí nghiệm với vật liệu mới. Nguồn: Trung tâm Khoa học Vật lý và Công nghệ
Giá năng lượng tăng dẫn đến sự tăng trưởng nhanh chóng của ngành năng lượng tái tạo. Với việc ngày càng triển khai nhiều công viên năng lượng mặt trời, việc nâng cao hiệu suất của tấm pin mặt trời là một bước phát triển thiết yếu để sản xuất nhiều điện hơn từ cùng một khu vực.
Công nghệ pin mặt trời tốt nhất được tìm thấy trên mái nhà chỉ có thể chuyển đổi 1/4 tổng năng lượng mặt trời thành điện năng. Hiệu suất của pin mặt trời có thể được nâng cao bằng cách kết hợp các công nghệ khác nhau để tạo ra một thiết bị được gọi là pin mặt trời đa chức năng.
Về mặt lý thuyết, một thiết bị như vậy có thể chuyển đổi gần một nửa năng lượng mặt trời thành điện năng. Tuy nhiên, công nghệ pin mặt trời đa chức năng phức tạp hơn về mặt sản xuất, đòi hỏi phải áp dụng các vật liệu và quy trình mới đồng thời lưu ý đến các khía cạnh chi phí và tính bền vững.
Nghiên cứu của nhóm tập trung vào chất bán dẫn có cấu trúc hóa học đặc trưng cho vật liệu perovskite—ABX 3 nhưng thay vì oxy hoặc halogen, họ khám phá các hợp chất trong đó X là lưu huỳnh/selen và A và B là những kim loại dồi dào và không độc hại. Công trình đã được công bố trên Tạp chí Hóa học Vật liệu A.
Bằng cách sử dụng phương pháp phản ứng ở trạng thái rắn, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp được vật liệu mới—thiếc zirconium titan selenide—lần đầu tiên và phát hiện ra rằng hợp kim Sn(Zr x Ti 1-x )Se 3 là hợp kim hứa hẹn nhất cho ứng dụng quang điện.
Tác giả chính của nghiên cứu, Tiến sĩ John C., cho biết: “Trong tình hình địa chính trị hiện tại ở châu Âu và những lo ngại về môi trường, điều quan trọng là các vật liệu mới đang được khám phá và xem xét cho ứng dụng năng lượng tái tạo phải bao gồm các nguyên tố dồi dào và không có nguyên liệu thô quan trọng”. Rokas Kondrotas, Trưởng phòng Đặc tính Cấu trúc Vật liệu tại FTMC, Lithuania.
Nhóm nhận thấy rằng việc đưa titan với nồng độ lên tới 44% không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của hợp kim Sn(Zr x Ti 1-x )Se 3 , tuy nhiên nó có ảnh hưởng sâu sắc đến cả tính chất quang học và tính chất điện của vật liệu.
Nồng độ titan càng cao thì cạnh hấp thụ của Sn(Zr x Ti 1-x )Se 3 càng dịch chuyển về phía vùng phổ hồng ngoại bước sóng ngắn. Phần phổ hồng ngoại đến từ mặt trời này không được hấp thụ bởi pin mặt trời silicon tinh thể thông thường và do đó bị mất đi.
Chất bán dẫn Sn(Zr x Ti 1-x )Se 3 được tổng hợp với nồng độ titan cao, có thể hấp thụ ánh sáng hồng ngoại bước sóng ngắn và chuyển đổi thành năng lượng bổ sung giúp nâng cao hiệu quả tổng thể của thiết bị đa tiếp xúc dựa trên Si.
Ngoài ra, các tác giả nhận thấy rằng việc đưa titan vào hợp kim Sn(Zr x Ti 1-x )Se 3 đã nâng cao đáng kể hệ số hấp thụ. Vật liệu có hệ số hấp thụ cao là điều mong muốn cho pin mặt trời, vì ngay cả một lớp rất mỏng, mỏng hơn sợi tóc 20 lần, cũng đủ để hấp thụ tất cả ánh sáng tới từ mặt trời.
Công trình này là bước đầu tiên để phát triển các vật liệu bền vững mới có tiềm năng cao cho ứng dụng pin mặt trời đa điểm nối trong vùng hồng ngoại. Cột mốc tiếp theo của công nghệ này là việc tổng hợp được màng mỏng Sn(Zr x Ti 1-x )Se 3 , cho phép chế tạo và thử nghiệm thiết bị năng lượng mặt trời.
