Ngày: 15/08/2025.
Một nhóm nhà khoa học tại Anh vừa phát triển thế hệ pin mặt trời trong nhà mới, sử dụng vật liệu perovskite, cho hiệu suất cao gấp khoảng 6 lần so với những mẫu thương mại hàng đầu hiện nay.
Tấm pin mặt trời được tối ưu hóa để sử dụng trong nhà. Ảnh: UCL
Theo công bố ngày 14/8 trên ZME Science, nhóm nghiên cứu thuộc Đại học College London (UCL) và các cộng tác viên đã chế tạo được pin mặt trời có khả năng chuyển đổi 37,6% ánh sáng trong căn phòng sáng thành điện năng khả dụng – mức cao nhất từng đạt được trong lĩnh vực này. So với các loại pin mặt trời trong nhà đang có trên thị trường, đây là bước nhảy vọt lớn cả về hiệu quả lẫn độ bền, khi thiết bị có thể hoạt động nhiều năm thay vì chỉ vài tuần hoặc vài tháng như những nguyên mẫu trước đó.
Bí quyết từ vật liệu perovskite
Perovskite vốn được đánh giá là “vật liệu của tương lai” trong ngành năng lượng mặt trời nhờ chi phí thấp, linh hoạt và có thể in như mực in báo. Đặc biệt, cấu trúc tinh thể của nó có thể điều chỉnh để hấp thụ chính xác dải bước sóng phát ra từ các nguồn sáng nhân tạo như đèn LED hay huỳnh quang.
Tuy nhiên, nhược điểm cố hữu của perovskite là sự tồn tại của các “bẫy” – khuyết tật nhỏ trong tinh thể giữ electron lại, làm tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt và khiến vật liệu xuống cấp.
Nhóm của tiến sĩ Mojtaba Abdi-Jalebi đã khắc phục điểm yếu này bằng quy trình xử lý hóa học 3 giai đoạn:
-
Thêm rubidium chloride để tinh thể phát triển đồng đều, giảm ứng suất.
-
Bổ sung hai hợp chất hữu cơ DMOAI và PEACl giúp ổn định ion.
-
Biến đổi cấu trúc bề mặt, khiến pin chuyển từ loại n sang loại p, giúp dòng điện di chuyển dễ dàng hơn.
Kết quả là tấm pin perovskite có khoảng cách dải băng 1,75 electron volt, tối ưu để hấp thụ ánh sáng khả kiến trong môi trường trong nhà.
Hiệu suất và độ bền vượt trội
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 đủ ánh sáng. Trong điều kiện đó, thiết bị đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng (iPCE) là 37,6%, một kỷ lục đối với pin perovskite được thiết kế để sử dụng trong nhà. Sau 100 ngày, pin vẫn duy trì 92% hiệu suất ban đầu; ngay cả sau 300 giờ chiếu sáng liên tục ở nhiệt độ 55°C, hiệu suất vẫn giữ nguyên ở mức ba phần tư.
Để hiểu tại sao điều này lại quan trọng, hãy xem xét một ngôi nhà thông minh trung bình hiện nay. Mọi cảm biến cửa, điều khiển từ xa và bộ điều nhiệt thường dựa vào một cục pin nhỏ. Nhân con số đó với hàng tỷ thiết bị—và tần suất thay pin—thì chi phí môi trường sẽ tăng lên đáng kể.
Tiềm năng thương mại
Hiện công nghệ này mới ở giai đoạn phòng thí nghiệm, song các nhà khoa học UCL đã bắt đầu đàm phán với doanh nghiệp để tìm hướng thương mại hóa. Do perovskite có thể sản xuất hàng loạt bằng quy trình in đơn giản với nguyên liệu phổ biến, việc triển khai rộng rãi không còn xa vời.
Trong tương lai, loại pin này có thể trở thành nguồn năng lượng quan trọng cho các thiết bị Internet vạn vật (IoT), hỗ trợ đô thị thông minh và góp phần giảm thiểu rác thải pin.
Kết quả nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Advanced Functional Materials.
(Theo ZME Science, Interesting Engineering)
