Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã giải bài toán khó nhiều năm trong lĩnh vực pin mặt trời với công nghệ mới giúp pin mỏng, nhẹ, có thể uốn cong.
Trong một nghiên cứu mới, nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra pin mặt trời mỏng nhất từ trước đến nay, cấu thành từ vật liệu giống như giấy, có khả năng uốn dẻo linh hoạt, chuyển đổi ánh sáng thành điện năng mà không làm giảm hiệu suất.
Công nghệ pin mặt trời mới từ Trung Quốc
Pin mặt trời silicon là xương sống của nguồn điện mặt trời ở khắp nơi trên thế giới, chiếm khoảng 95% thị phần pin mặt trời trên thị trường. Khi chi phí sản xuất và sản lượng điện năng thông thường giảm, pin mặt trời ngày càng được dùng phổ biến hơn.
Nhật báo Khoa học và Công nghệ Trung Quốc dẫn lời Li Yang, giáo sư tại Đại học Khoa học và Công nghệ Giang Tô (JUST), hồi đầu tuần này nói rằng pin mặt trời silicon tinh thể, được làm từ tấm silicon, là loại năng lượng quang điện tốt nhất và được sử dụng rộng rãi nhất, “nhưng chúng phải đối mặt với hai nút thắt công nghệ lớn”.
Một nhược điểm là hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin silicon diện tích lớn vẫn bị giới hạn ở mức 26%; trở ngại khác là độ dày của tế bào quang điện – thường là 150 đến 180 micromet (0,15mm đến 0,18mm), gây khó khăn cho việc sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu vật liệu nhẹ và linh hoạt, chẳng hạn như mái cong, vệ tinh và trạm vũ trụ.
Ví dụ, máy bay là phương tiện có yêu cầu về trọng lượng cực kỳ nghiêm ngặt nên chuyên sử dụng pin mặt trời loại màng mỏng. Tuy nhiên, theo Li, chúng đắt tiền, tuổi thọ ngắn và không phù hợp với yêu cầu thương mại.
Pin mặt trời silicon linh hoạt do Li và các cộng tác viên phát triển mỏng hơn và nhẹ hơn nhiều so với các pin thông thường và có hiệu suất năng lượng cao sẽ là giải pháp thay thế hữu hiệu nhất.
“Chúng tôi đã phát triển các tế bào silicon tinh thể mỏng tới 50 micromet – mỏng hơn một tờ giấy A4 – có thể uốn thành cuộn và hiệu quả hơn nhiều so với các tế bào quang điện thông thường”.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 31/1, là nỗ lực chung của các nhà khoa học từ JUST, công ty Công nghệ năng lượng xanh LONGi có trụ sở tại Tây An và Đại học Curtin của Úc.
Pin mặt trời silicon tinh thể có cấu trúc được mô tả như “bánh sandwich”, nghĩa là chất nền wafer của chúng – lớp giữa – chiếm hơn 99% độ dày của tế bào.
Các nhà khoa học trên khắp thế giới đã và đang sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để phát triển pin mặt trời nhẹ hơn, linh hoạt hơn, hiệu quả cao hơn và có tính khả thi về mặt thương mại.
Pin mặt trời siêu mỏng
Vào tháng 5 năm ngoái, một nhóm các nhà khoa học từ Viện Hệ thống vi mô và Công nghệ thông tin Thượng Hải, Đại học Khoa học và Công nghệ Trường Sa, và bộ phận khoa học và kỹ thuật máy tính, điện và toán học tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah, đã tuyên bố phát triển pin mặt trời silicon chỉ dày 60 micromet, có thể gấp lại như một tờ giấy.
Nhưng đội ngũ Trung Quốc còn tiến xa hơn nữa. Tờ Nature cho biết: “Việc làm mỏng lớp wafer không chỉ làm giảm trọng lượng và chi phí mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển và phân tách điện tích”.
Tuy nhiên, việc tạo ra các tấm wafer ngày càng mỏng hơn thường phải trả giá bằng hiệu quả – pin mặt trời silicon mỏng thường kém hiệu quả trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng so với pin dày hơn.
Trong nghiên cứu của Trung Quốc, các tác giả cho biết các tế bào silicon tinh thể mỏng trước đây – dày chưa đến 150 micromet, được sản xuất bằng kỹ thuật thông thường – có hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) dao động từ 23,27 đến 24,7%.
Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã tạo ra 5 loại tế bào mỏng có độ dày từ 55 đến 130 micromet, tất cả đều có PCE lớn hơn 26%.
Những pin mặt trời siêu mỏng này cũng có thể uốn cong được. Li cho biết: “Mặc dù nó không thể gập làm đôi nhưng nó có thể uốn cong theo bất kỳ góc độ nào”, đồng thời cho biết rằng tính năng này sẽ mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng cho tế bào silicon tinh thể.
Pin mặt trời một khi có tính linh hoạt sẽ làm tăng thêm khả năng ứng dụng, bao gồm sử dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, khinh khí cầu, máy bay không người lái và các thiết bị thông minh.
Li cho biết các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển các tế bào silicon tinh thể linh hoạt và hiệu quả hơn mà một ngày nào đó có thể uốn dẻo như một cuộn phim.
T.P