“Peropkit”: Pin Mặt Trời Của Tương Lai

Pin mặt trời là thiết bị quen thuộc trong cuộc sống của chúng ta hiện nay và “Peropkit” là tương lai của pin mặt trời. Tạp chí “Science” xếp pin mặt trời Peropkit vào Top 10 đột phá hàng đầu trong năm 2013 trong lĩnh vực chế tạo pin năng lượng mặt trời.

>> Pin Năng Lượng Mặt Trời Hoàn Toàn Bằng Vật Liệu Carbon

>> Tư Vấn: Các Thương Hiệu Pin Năng Lượng Mặt Trời Phổ Biến Hiện Nay

Thông tin cơ bản về pin mặt trời

Hiện nay, các tấm pin mặt trời được lắp ráp từ các tế bào quang điện, chế tạo trên cơ sở của nguyên tố Silic tương đối phổ biến. Nguyên lí hoạt động cơ bản của pin mặt trời dựa vào hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng này được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1839 bởi 2 nhà vật lí người Pháp Alexander Edmond Becquerel và Antoine Henri Becquerel.

Theo ngôn ngữ vật lý của chất rắn, pin năng lượng mặt trời được tạo ra trên cơ sở chuyển đổi dạng n-p trong tinh thể silic. Sự chuyển đổi này được tạo ra bằng cách thêm một lượng nhỏ các lỗ trống vào một số khu vực khác nhau của mạng tinh thể. Giao diện giữa các khu vực này tạo ra sự chuyển đổi.

Hoạt động của pin mặt trời được chia làm ba giai đoạn:

+ Trước tiên, năng lượng từ các photon ánh sáng được hấp thụ và hình thành nên các cặp electron-hole trong chất bán dẫn.

+ Sau đó, các cặp electron-hole bị phân chia bởi ngăn cách tạo bởi các loại chất bán dẫn khác nhau. Hiệu ứng này tạo nên hiệu điện thế của pin năng lượng mặt trời.

+ Cuối cùng, pin mặt trời sẽ được nối trực tiếp vào mạch ngoài và tạo ra dòng điện.

Hiệu suất PV là lượng điện nhận được chia cho năng lượng ánh sáng trên mỗi PV. Chính vì thế, một phần đáng kể của năng lượng ánh sáng sẽ bị tiêu hao và hiệu suất của PV sẽ không bao giờ đạt tuyệt đối 100%. Khoảng cách dải của pin mặt trời silicon là 1,1 eV.

Theo sơ đồ của phổ điện tử, phổ nhìn thấy sẽ được nằm trong vùng cao hơn nên bất kì ánh sáng nào có thể nhìn thấy được đều tạo ra điện. Điều đó cũng có nghĩa là một phần năng lượng của mỗi photon bị hấp thụ sẽ mất đi và chuyển hóa thành nhiệt năng.

Trên thực tế, một tấm pin mặt trời lí tưởng được sản xuất trong điều kiện hoàn hảo thì hiệu suất tối đa chỉ đạt khoảng 33%. Còn với các tấm pin bán sẵn trên thị trường thì hiệu suất cao nhất cũng chỉ khoảng 20%.

Khoáng vật peropkit

Peropkit lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1839 bởi Gustav Rosa trên dãy núi Ural. Tên của loại khoáng vật này được Gustav Rosa đặt để tôn vinh một chính khách Nga là Bá tước L. A. Peropsky.

Peropkit là một khoáng vật tương đối hiếm trên trái đất. Công thức hóa học của chúng là CaTiO3 (titanat canxi). Các tinh thể của peropkit có hình khối lập phương và chúng thường được gắn dọc theo các mặt của hình khối. Peropkit có độ cứng 5,5÷6, mật độ: 3,97÷4,0 g/cm3, chúng có màu sắc khác nhau như đen, đen xám, nâu đỏ, đỏ cam, đỏ lục bình, vàng mật ong tùy thuộc vào các tạp chất. Đặc biệt, trong thành phần của peropkit có chứa nguyên tố canxi. Tuy nhiên, nguyên tố này có thể được thay thế  bằng một số nguyên tố khác như: titan, xeri, niobi, tantan hoặc một số tạp chất khác. Từ đó dẫn đến sự hình thành của một số khoáng vật cùng họ khác như: papillit, disanalit hay loparit.

Khoáng vật này được tìm thấy chủ yếu trong đá phiến chlorite và talc. Các mỏ peropkit được phát hiện nhiều nhất tại một số các quốc gia như: Phần Lan, Urals (Nga), Tyrol (Áo), Thụy Sĩ.

Oxit, halogen, intermetallicn là những hợp chất có cấu trúc tương tự peropkit. Một số chất dẫn ion, vật liệu từ tính hay các vật liệu có tính dẫn điện thì đều có cấu trúc của peropkit. Tùy thuộc vào các nguyên tố thành phần, peropkit sẽ thể hiện các đặc trưng khác nhau như về tính chất quang điện, độ kháng từ hay tính siêu dẫn. Chính vì những tính chất đó mà việc sử dụng peropkit để chế tạo pin mặt trời hoàn toàn có khả quan. Các nhà khoa học cho biết, trong điều kiện phòng thí nghiệm, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của peropkit đang tăng lên rất nhanh.

Đánh giá tiềm năng tương lai ứng dụng của ​peropkit

Mặc dù còn quá sớm để nói về chỉ số kinh tế cụ thể của việc sử dụng peropkit, song, khoáng vật này vẫn đủ có các điều kiện tiên quyết để thay thế silic khi chế tạo, sản xuất pin mặt trời trong tương lai không xa. Các tế bào quang điện peropkit có ưu điểm rất lớn đó chính là độ trong suốt và tính linh hoạt. Chính vì thế, các tấm pin mặt trời được chế tạo từ peropkit có thể được lắp đặt tại nhiều nơi khác nhau như: trên quần áo, mái nhà, nóc xe, cửa sổ,…

Ngoài ra, chúng ta có thể kiểm soát và điều chỉnh độ dày của các tấm PV peropkit để lắp đặt chúng cho nhiều mục đích khác nhau. Điển hình, các PV peropkit có thể được sử dụng trong việc che nhà kính. Khi đó, thực vật vẫn sẽ nhận được đủ lượng photon cần thiết và nhà kính vẫn có thể cung cấp được điện năng.

Một lĩnh vực ứng dụng khả thi khác là lắp các PV peropkit để trang trí cho áo sơ mi hoặc áo khoác. Việc ứng dụng peropkit trên chất nền polyurethane  sẽ cho hiệu suất hấp thụ ánh nắng mặt trời đạt 5,72%.

Một số nghiên cứu của các nhà khoa học tại Nga cho thấy, vật liệu peropkit có thể là một nguồn phát tốt và phù hợp để tạo ra ánh sáng. Một PV peropkit có chức năng 2 trong 1, có thể hoạt động như pin và đèn leb đã phát triển bởi các nhà khoa học trường Đại học Công nghệ Thông tin, Cơ học và Quang học St. Petersburg và Viện Thép và Hợp kim Matxcơva (MISiS). Để chuyển đổi chức năng, chỉ cần thay đổi điện áp ở mức đến 1.0 V, nguyên bản sẽ hoạt động như một tấm pin năng lượng mặt trời. Nếu thay đổi hơn hơn 2.0 V, chế độ LED sẽ được bật.

>> Xu Hướng Phát Triển Năng Lượng Mặt Trời Ở Việt Nam

>> Ưu Điểm Và Nhược Điểm Của Năng Lượng Mặt Trời Bạn Nên Biết!

Có thể nói, nếu pin mặt trời peropkit khi đi vào thực tế chắc chắn sẽ đánh dấu một cuộc “cách mạng” mới trong lĩnh vực năng lượng mặt trời. Bên cạnh làm giảm đáng kể giá thành điện mặt trời mà chúng còn giúp bảo vệ môi trường đứng trước nguy cơ biến đổi, ô nhiễm ngày một trầm trọng.

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!