Ngành công nghệ năng lượng Mặt Trời vừa chứng kiến hai đột phá có tiềm năng thay đổi cách chúng ta lấy điện từ Mặt Trời. Trong hai nghiên cứu khoa học được đăng tải trên Nature Energy và Nature Photonics , các chuyên gia mô tả cách tăng hiệu năng và đồng thời giảm giá thành sản xuất các cell năng lượng Mặt Trời.
Đột phá đầu tiên liên quan tới việc chuyển đổi ánh sáng năng lượng thấp, không nhìn thấy được bằng mắt thường thành ánh sáng năng lượng đủ cao để tạo ra được điện; trước đây, khi chưa có công nghệ mới, lượng ánh sáng Mặt Trời năng lượng thấp này không thể làm sáng bóng đèn nhưng giờ đã khác.
Nhóm các nhà nghiên cứu tới từ Đại học RMIT, Đại học New South Wales ở Úc và Đại học Kentucky tại Mỹ phát hiện ra họ có thể dùng oxy để chuyển ánh sáng năng lượng thấp thành các phân tử, rồi từ đó biến chúng thành điện năng.
Pin Mặt Trời tương lai sẽ còn hiệu quả hơn nữa, sẽ xuất hiện vật liệu khiến silico "lỗi thời".
“Năng lượng từ Mặt Trời không chỉ là ánh sáng vô hình. Phổ ánh sáng rộng lắm, bao gồm cả các ánh sáng hồng ngoại khiến chúng ta nóng lên, và ánh sáng cực tím có thể đốt cháy da chúng ta”, giáo sư Tim Schmidt công tác tại Đại học New South Wales cho hay.
“Đa số các cell năng lượng Mặt Trời được làm từ silicon, không thể phản hồi trước những thứ ánh sáng ít năng lượng hơn các quang phổ cận hồng ngoại. Điều này có nghĩa rằng các công nghệ và thiết bị ta đang có hiện tại không sử dụng hết tất cả các phần của quang phổ”.
Công nghệ mới sẽ sử dụng những bán dẫn siêu nhỏ có tên chấm lượng tử để hấp thu ánh sáng năng lượng thấp, biến nó thành quang phổ nhìn thấy được để tạo năng lượng.
Đột phá thứ hai tận dụng vật liệu có tên perovskite (cấu trúc perovskite là bất kỳ vật chất nào có cấu trúc tinh thể giống với canxi titan oxit CaTiO3) để tạo ra module hấp thụ ánh sáng Mặt Trời hiệu quả và ổn định hơn công nghệ pin Mặt Trời silicon ta đang sử dụng hiện tại. Chưa hết, các tấm năng lượng Mặt Trời làm từ perovskite có giá thành sản xuất rẻ hơn, nhẹ hơn và linh hoạt hơn. Cho tới giờ, vấn đề chính làm vướng chân các nhà khoa học là việc khó có thể làm ra một tấm pin Mặt Trời từ perovskite dài tới cả mét như những tấm pin silicon khổng lồ.
Ví dụ về cấu trúc perovskite.
“Việc tăng quy mô sản xuất có những yêu cầu rất cao. Bất kỳ lỗi nhỏ nào cũng thành lỗi lớn, vậy nên cần vật liệu chất lượng cao cũng như kỹ thuật chế tạo tốt hơn nữa”, giáo sư Luis Ono, đồng tác giả báo cáo nghiên cứu cho biết.
Cách thức xử lý vật liệu mới cần tới nhiều lớp ngăn, tránh việc năng lượng cũng như hóa chất độc hại rò rỉ khỏi hệ thống pin. Một module có bề ngang 22,4 cm sẽ đạt hiệu suất 16,6%, được cho là cao khi xét tới kích cỡ cả tấm; theo khảo sát, pin vẫn hoạt động tốt sau 2.000 giờ vận hành liên tục.
Hiện các nhà nghiên cứu đang dự định thử nghiệm hệ thống trên một module lớn hơn, mong muốn sớm thương mại hóa công nghệ pin Mặt Trời mới này.