Pin Mặt Trời Hỗn Hợp Giúp Tạo Năng Lượng Gấp 5 Lần

Các nhà khoa học Mỹ đang nghiên cứu và chế tạo một loại pin mặt trời hỗn hợp thế hệ mới giúp tăng hiệu suất, tạo năng lượng gấp 5 lần so với những loại pin được sản xuất theo công nghệ thông thường ngày nay. Hãy cùng Mạnh Cường Solar khám phá thế hệ pin mặt trời đặc biệt này có gì nổi trội ngay trong bài viết dưới đây.

>> Tìm Hiểu Về Xu Hướng Điện Mặt Trời Nổi Trên Nước

>> Pin Mặt Trời Giá Rẻ Hơn, Hiệu Quả Cao Hơn

Điểm khác biệt của loại pin mặt trời hỗn hợp mới

Pin mặt trời là thiết bị phổ biến hiện nay, được sử dụng tại nhiều hộ gia đình, doanh nghiệp tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời không chỉ giúp tạo nguồn điện năng ổn định phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất, đây còn là giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả, góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường sống.

Các loại pin năng lượng mặt trời hiện nay ngày càng có nhiều chủng loại, mẫu mã khác nhau. Các nhà phát triển đã và đang từng ngày cố gắng để chế tạo ra những loại pin mặt trời có hiệu suất cao hơn. Thời gian gần đây, pin năng lượng mặt trời hỗn hợp được nghiên cứu bởi một số nhà khoa học người Mỹ đang là tâm điểm tạo nên sự chú ý với những người yêu thích ngành năng lượng tái tạo này.

Mặc dù loại pin mặt trời mới này có giá thành đắt hơn nhiều lần so với những loại pin mặt trời đang sản xuất đại trà hiện nay, tuy nhiên, các nhà nghiên cứu mong rằng khách hàng nên đánh giá dựa vào việc sản xuất ngày càng tăng và hiệu quả mang lại hơn là giá cả.

Những tấm pin mặt trời hỗn hợp được bổ sung thêm bề mặt tiếp xúc ánh sáng trên các tấm pin mặt trời có hai mặt. Việc kết hợp các vật liệu để sản xuất pin mặt trời sẽ là một giải pháp tăng cường tính hiệu quả, chính vì thế, các nhà khoa học đang tiến hành thử nghiệm trên nhiều vật liệu khác nhau.

Eunkyoung Kim, trưởng nhóm nghiên cứu và các đồng nghiệp đã sử dụng chất liệu PEDOT, là một chất liệu polyme mềm dẻo có tính dẫn điện. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào các tấm PEDOT, tấm này sẽ bị nung nóng, được xếp tầng với một tấm pin mặt trời có nhạy cảm với chất màu, sau đó được đặt trên đỉnh của lớp màng hỏa điện mỏng và một thiết bị nhiệt điện. Hai thiết bị này đều có thể chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng. Tấm pin mặt trời được chế tạo từ vật liệu mới này hấp thụ được năng lượng mặt trời lớn hơn 20% so với pin mặt trời trước đây.

Vật liệu tinh thể mới có thể gấp đôi hiệu suất pin mặt trời hỗn hợp

Mặc dù pin mặt trời được quảng bá với khá nhiều lợi ích, tuy nhiên, việc sử dụng điện mặt trời thực tế hiện nay còn khá khiêm tốn, một trong những nguyên nhân chính nằm ở hiệu suất các của các tấm pin hiện nay còn khá thấp.

Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL Mỹ) phối hợp với một số nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Purdue đã phát triển một loại vật liệu mới có khả năng tạo ra lượng điện gấp đôi so với silicon, loại vật liệu chính đang được sử dụng trong các tấm pin mặt trời hiện nay.

Hạn chế của pin mặt trời silicon

Các loại pin năng lượng mặt trời truyền thống hiện nay chỉ đạt được khoảng 1/3 hiệu suất, mức được các nhà khoa học gọi là “giới hạn Shockley-Queisser”.

Lí do mà các tấm pin mặt trời bây giờ lại không hiệu quả về mặt hiệu suất chính là nằm ở vật liệu. Silicon có khoảng band gap quá lớn, do đó, có rất ít electron hóa trị nhận đủ năng lượng từ các photon để trở thành electron tự do. Trong khi đó, bản chất của điện mặt trời là các electron hoá trị phải được kích thích thành electron tự do để tạo ra dòng điện.

Ngoài ra, silicon còn có khoảng thời gian tồn tại các electron tự do tương đối ngắn (chỉ khoảng 10-12 giây), đồng thời, quãng đường mà chúng đi được chỉ dài khoảng 10 nanomet. Sau khi đi hết quãng đường đó, các electron tự do dần bị mất hết năng lượng do các photon từ mặt trời đem đến. Chính vì thế, hầu như quang năng nhận được đều bị chuyển hoá thành nhiệt năng làm hiệu suất của pin mặt trời silicon rất thấp.

Giải pháp vật liệu tinh thể perovskite

Nhằm khắc phục tình trạng trên, Libai Huang, trợ lý giáo sư hoá học tại ĐH Purdue và các đồng nghiệp của mình đã nghiên cứu và tìm ra một vật liệu mới có tên là “perovskite lai”.

Perovskite lai (hybrid perovskite) được tạo ra từ methyl-ammonium (CH3NH3) và chì (Pb), chúng có cấu tạo tinh thể giống với perovskite (CaTiO3), loại hợp chất với cấu trúc đặc thù gồm những cái “chuồng” bao bọc xung quanh các nguyên tử tự do nằm ở trung tâm.

Với perovskite lai, các nguyên tử Pb và I tạo thành “chuồng” để bọc lấy cụm CH3NH3 nằm tại vị trí trung tâm. Chính cấu trúc này đã giúp các electron tự do không bị mất năng lượng và có thể di chuyển trên quãng đường xa hơn (khoảng 200 nanomet, gấp 2- lần so với silicon thông thường).

Kai Zhu, thành viên thuộc Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL), đồng tác giả cho biết, kết quả của nghiên cứu mới này cho thấy các electron tự do mang năng lượng trong một màng mỏng tinh thể perovskite tiêu chuẩn có thể di chuyển quãng đường xa hơn hoặc bằng bề dày của tấm pin. Thông qua đây chứng tỏ tiềm năng để phát triển các tế bào năng lượng mặt trời áp dụng cấu trúc perovskite là rất khả thi.

Tuy nhiên, loại vật liệu perovskite lai này lại có nhược điểm đó chính là chúng có chứa nguyên tố chì, có thể gây hại tới môi trường. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang cố gắng phát triển một vật liệu có cấu trúc perovskite tương tự nhưng không chứa chì. Sản phẩm đang được hoàn thiện và sẽ sớm được ra mắt trên thị trường.

>> 10 Ứng Dụng Của Pin Năng Lượng Mặt Trời Trong Cuộc Sống

>> Nhà Máy Sản Xuất Pin Năng Lượng Mặt Trời Uy Tín Nhất Tại Việt Nam

Việc nghiên cứu và phát triển loại pin mặt trời hỗn hợp mới hi vọng sẽ đem lại hiệu quả về mặt hiệu suất, môi trường, từ đó, thúc đẩy nhu cầu sử dụng năng lượng sạch ngày càng gia tăng.

Nguồn: https://solarmcgroup.com/

Phạm Hữu Tùng Lâm

Tôi là Phạm Hữu Tùng Lâm – chuyên viên tư vấn của Mạnh Cường Group về lĩnh vực Điện Năng Lượng Mặt Trời. Với kinh nghiệm 5 năm trực tiếp tư vấn và tham gia vào nhiều dự án lớn, nhỏ trên toàn quốc cũng như nước ngoài, tôi hy vọng những chia sẻ của tôi có thể giúp ích cho các bạn, giúp các bạn có được cái nhìn tổng quan hơn về sự cần thiết của Năng Lượng Mặt Trời. Nếu có gì còn thắc mắc các bạn vui lòng liên hệ qua số hotline hoặc comment trực tiếp vào bài viết để tôi có thể giải đáp cho các bạn ạ!