Hãng thông tấn TASS đưa tin ngày 18/5, các nhà khoa học Nga vừa phát triển thành công 4 loại vật liệu polyme mới dùng cho pin mặt trời perovskite.
Điểm đáng chú ý: Sau 1.800 giờ hoạt động liên tục, các thiết bị làm từ vật liệu mới vẫn duy trì được 99% hiệu suất ban đầu, trong khi vật liệu thông thường cùng thời gian đó đã mất hơn một nửa công suất.
Các nhà khoa học từ Đại học Bách khoa Nghiên cứu Quốc gia Perm (PNRPU), cùng với các đồng nghiệp từ Trung tâm Nghiên cứu Liên bang về các Vấn đề Vật lý Hóa học và Hóa học Y dược (FRC PPhMc, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga) và Viện Skoltech là tác giả của 4 loại vật liệu mới này.
Pin mặt trời perovskite là gì?
Pin mặt trời perovskite được xem là bước tiến tiếp theo sau pin silicon truyền thống. Đây là loại pin mỏng, nhẹ, có thể gắn lên cửa sổ, mặt tiền tòa nhà, thậm chí dùng trong các thiết bị điện tử cầm tay...
Ưu điểm lớn của chúng là khả năng hấp thụ ánh sáng trên dải bước sóng rộng - nghĩa là pin có thể hoạt động không chỉ dưới ánh nắng mặt trời mà còn dưới ánh đèn nhân tạo trong nhà.
Nhờ vậy, loại pin này có tiềm năng ứng dụng rất đa dạng: Dùng trong quần áo thông minh và các thiết bị đeo tay; Theo dõi sức khỏe 24/7 trong lĩnh vực y tế; Cấp điện cho cảm biến nông nghiệp ở vùng không có điện lưới...
Hình ảnh về pin mặt trời truyền thống. Nguồn: Gavriil Grigorov/TASS
Vậy tại sao loại pin này chưa phổ biến?
Vấn đề nằm ở lớp vật liệu hấp thụ ánh sáng — lớp perovskite — vốn rất nhạy cảm với độ ẩm, oxy, nhiệt độ cao và thậm chí cả ánh sáng chiếu vào. Chính sự kém bền này đã cản trở việc đưa loại pin này ra thị trường phổ biến.
Tuy nhiên, perovskite có một đặc tính thú vị, nếu các sản phẩm phân hủy chưa thoát ra ngoài, vật liệu có thể tự phục hồi.
Để hỗ trợ quá trình này, người ta bao quanh lớp perovskite bằng các lớp bán dẫn hữu cơ, vừa dẫn điện, vừa bảo vệ lớp perovskite bên trong.
Đột phá của các nhà khoa học Nga
Nhóm nghiên cứu đã chọn triphenylamine làm "xương sống" phân tử — một hợp chất đã được dùng trong nhiều sản phẩm thương mại, nhưng còn hạn chế về khả năng dẫn điện. Họ cải thiện đặc tính này bằng cách phát triển bốn loại bán dẫn hữu cơ mới.
Kết quả rất ấn tượng: Hiệu suất chuyển đổi ánh sáng đạt tới 17,8%, cao hơn mức ~17% của vật liệu chuẩn PTAA hiện nay. Quan trọng hơn, độ bền vượt trội - trong cùng điều kiện thử nghiệm, pin dùng PTAA truyền thống mất gần 50% công suất, còn pin dùng vật liệu mới (chứa thiophene và carbazole) vẫn giữ được khoảng 90% dung lượng ban đầu.
Theo nhà nghiên cứu Mikhail Tereshchenko, lớp hữu cơ được chọn lựa kỹ càng hoạt động như một "túi khí bảo vệ", vừa tăng hiệu suất, vừa kéo dài tuổi thọ của tấm pin.
Theo Đại học Bách khoa Nghiên cứu Quốc gia Perm, nhờ sự phát triển của các nhà khoa học, các tấm pin mặt trời perovskite sẽ có thể "chuyển" từ phòng thí nghiệm ra thế giới thực.
Chúng có thể được in thành cuộn như báo, dán lên tường nhà, gắn vào cửa sổ, căng lên nóc xe ô tô, dùng để sạc điện thoại từ ba lô có gắn tấm pin mặt trời , hoặc cung cấp năng lượng cho các cảm biến trong trang trại không có điện, tất cả mà không cần phải thay thế các tấm pin sau mỗi sáu tháng.