Tấm pin mặt trời được tối ưu hóa để sử dụng trong nhà. Ảnh: UCL
ZME Science hôm 14/8 đưa tin, các nhà nghiên cứu tại Đại học College London (UCL) và cộng sự tạo ra một loại pin mặt trời trong nhà mới không chỉ hoạt động dưới ánh sáng nhân tạo mà còn đạt hiện suất cao. Thiết bị của họ chuyển đổi 37,6% ánh sáng trong một căn phòng sáng thành điện năng sử dụng được, thiết lập kỷ lục thế giới cho công nghệ này. Mức hiệu suất của thiết bị hơn khoảng 6 lần so với những loại pin mặt trời trong nhà thương mại tốt nhất hiện nay. Khác với nhiều nguyên mẫu trước đây, nó có tuổi thọ lên tới hàng năm thay vì vài tuần hoặc vài tháng.
Bí quyết nằm ở perovskite, vật liệu tinh thể với cấu trúc nguyên tử có thể điều chỉnh để hấp thụ bước sóng cụ thể phát ra từ đèn LED và bóng đèn huỳnh quang. "Hiện tại, pin mặt trời thu thập năng lượng từ ánh sáng trong nhà rất đắt đỏ và không hiệu quả", tiến sĩ Mojtaba Abdi-Jalebi, phó giáo sư tại Viện Khám phá Vật liệu UCL, cho biết. "Pin mặt trời trong nhà làm từ perovskite do chúng tôi thiết kế có thể thu hoạch nhiều năng lượng hơn so với pin thương mại và bền hơn nguyên mẫu khác".
Perovskite thường được mô tả như tương lai của năng lượng mặt trời do có chi phí thấp, linh hoạt hơn so với silicon, và có thể in giống mực in báo, đẩy mạnh giới hạn hiệu suất ở tấm pin mặt trời ngoài trời. Nhưng trong nhà, perovskite có nhược điểm cơ bản. Những khiếm khuyết nhỏ gọi là "bẫy" ẩn sâu trong cấu trúc tinh thể của perovskite thu giữ electron và làm mất năng lượng của chúng dưới dạng nhiệt, góp phần phân hủy vật liệu theo thời gian.
Nhóm của tiến sĩ Abdi-Jalebi giải quyết thách thức trên bằng một phương pháp xử lý hóa học 3 giai đoạn. Đầu tiên, họ thêm rubidium chloride giúp tinh thể phát triển đồng đều hơn và giảm sức căng. Sau đó, họ thêm hai hợp chất hữu cơ DMOAI và PEACl để giữ ion trong vật liệu ổn định và cố định.
Phương pháp xử lý như vậy hoàn toàn thay đổi cách bề mặt pin mặt trời hoạt động. Các thử nghiệm cho thấy bề mặt chuyển từ kết cấu loại n sang loại p, giúp điện dễ dàng lưu thông qua vật liệu hơn. Kết quả là pin perovskite được điều chỉnh với khoảng cách dải băng 1,75 electron volt, phù hợp để hấp thụ ánh sáng khả kiến có năng lượng cao hơn trong nhà.
Pin mặt trời của nhóm nghiên cứu hoạt động tốt nhất dưới ánh sáng LED 1000 lux, tương đương với độ sáng của một văn phòng sáng sủa. Trong điều kiện đó, thiết bị đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng (iPCE) 37,6%, kỷ lục đối với pin perovskite thiết kế để sử dụng trong nhà. Sau 100 ngày, pin vẫn duy trì 92% hiệu suất ban đầu. Ngay cả sau 300 giờ dưới ánh sáng mạnh liên tục ở 55°C, chúng vẫn giữ được 3/4 hiệu suất.
Hiện nay, mẫu pin mặt trời của UCL chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm nhưng các nhà nghiên cứu đã bắt đầu đàm phán với đối tác trong ngành để khám phá các chiến lược mở rộng quy mô và triển khai thương mại.
Do pin perovskite có thể được in bằng quy trình đơn giản và dựa vào những nguyên tố phong phú, quá trình sản xuất hàng loạt không quá xa vời. Loại pin này có thể giúp giảm thiểu rác thải pin, hỗ trợ những thành phố thông minh và cung cấp năng lượng cho thế hệ thiết bị Internet vạn vật tự động tiếp theo. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials.
An Khang (Theo ZME Science, Interesting Engineering)
