Pin từ vật liệu nguyên tử nhỏ
TS Đào Quang Duy và nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin với đầy đủ tính chất phù hợp để tạo thành lớp chuyển tiếp lỗ trống trong pin mặt trời perovskite (pin mặt trời màng mỏng). Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển pin mặt trời perovskite có giá thành hợp lý, độ bền cao và không ô nhiễm môi trường.
Trong sản xuất pin mặt trời, công nghệ tinh thể silicon chiếm khoảng 90% thị phần. Ngoài ra, có các loại vật liệu khác như pin mặt trời hữu cơ, pin mặt trời sử dụng các bán dẫn vô định hình, pin mặt trời sử dụng các màng mỏng đa tinh thể, pin mặt trời sử dụng vật liệu perovskite… Pin phải có các tiêu chí là hiệu suất pin cao, độ bền của pin tốt và công nghệ chế tạo đơn giản, rẻ tiền.
Nhóm nghiên cứu của TS Đào Quang Duy (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) hiện đang phối hợp với nhóm nghiên cứu của GS Ozaki (Trường Đại học Osaka, Nhật Bản) phát triển vật liệu nguyên tử nhỏ phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin làm vật liệu chuyển tiếp lỗ trống. Những vật liệu này có độ linh động hạt tải cao, có thể tan trong nhiều dung môi hữu cơ, dễ dàng chế tạo bằng phương pháp quay phủ, và do đó phù hợp để có thể làm lớp chuyển tiếp lỗ trống trong các pin mặt trời perovskite.
Theo TS Đào Quang Duy, vật liệu mới phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin có những tính chất cực kỳ phù hợp để tạo thành lớp chuyển tiếp lỗ trống trong các tấm pin năng lượng mặt trời perovskite. Nó là vật liệu quan trọng giúp làm tăng độ bền cũng như tuổi thọ của loại pin perovskite. Ở tấm pin năng lượng mặt trời perovskite, không giống với pin mặt trời sillic truyền thống, các lớp chuyển tiếp lỗ trống sử dụng vật liệu dạng rắn (thay vì dùng điện phân lỏng), khả năng hấp thụ và khuếch tán năng lượng tốt.
TS Đào Quang Duy và cộng sự đã áp dụng công nghệ quay phủ để chế tạo vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin. Ưu điểm của công nghệ này là chi phí phải chăng mà vẫn đảm bảo tấm pin tăng sức bền dẻo và độ ổn định. Kết quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin có độ linh động hạt tải mang điện cao. Bên cạnh đó, nó dễ dàng hòa tan trong các dung môi hữu cơ và có khả năng bảo vệ lớp vật liệu perovskite. Ngoài ra, cấu trúc tinh thể của pin giúp quá trình chuyển đổi thành điện năng từ các photon của nguồn ánh sáng mặt trời được diễn ra hiệu quả.
Hiệu suất tương đương pin silic truyền thống
Ngay cả khi chưa được tối ưu hóa, tấm pin mặt trời sử dụng vật liệu hữu cơ nguyên tử nhỏ phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin làm lớp chuyển tiếp lỗ trống vẫn có hiệu suất chuyển đổi năng lượng ở mức cao (15%). Một ưu điểm nổi bật khác của vật liệu này là không cần pha tạp, có thể làm tăng độ bền của tấm pin lên gấp hai lần, bảo vệ lớp perovskite bên ngoài.
Mặc dù hiệu suất này tương đương với pin silic truyền thống, nhưng việc chế tạo vật liệu mới được nhóm chú ý đến giá thành chế tạo hợp lý, dễ dàng áp dụng công nghệ và ít ảnh hưởng tới môi trường vì không cần sử dụng thêm các hợp chất pha tạp. Trong thời gian tới, chúng tôi sẽ tối ưu hóa các lớp vật liệu khác trong pin mặt trời perovskite để nâng cao hơn nữa hiệu suất của pin, qua đó giúp công nghệ sản xuất pin mặt trời perovskite tiến thêm một bước trong quá trình thương mại hóa. Để tăng cao hiệu suất, sẽ phải mất thêm thời gian nghiên cứu, nhưng đây là triển vọng lớn để phát triển ngành năng lượng tái tạo vốn đầy tiềm năng ở Việt Nam.
Pin năng lượng mặt trời sử dụng vật liệu perovskite hiện được coi là một trong những ứng viên tiềm năng sẽ “soán ngôi” của các tấm pin mặt trời silic truyền thống. Hiện nay, tại thị trường Việt Nam, tấm pin mặt trời silic được sử dụng phổ biến và chủ yếu. Việc nhập khẩu và sử dụng pin mặt trời silic không chỉ có chi phí cao mà còn gây ra một số e ngại về ảnh hưởng tới môi trường đất khi các tấm pin hết vòng đời do pin silic có chứa nhiều tạp chất. Việc phát triển loại vật liệu pin năng lượng mặt trời mới tại Việt Nam giúp giảm giá thành mà vẫn đảm bảo thân thiện với môi trường và an toàn cho sức khỏe của người sử dụng.
