Ngày: 18/10/2026.
Ngày: 16/09/2026.
Nghiên cứu mới của các nhà khoa học Nhật Bản sử dụng quang phổ tại chỗ (in-situ) để theo dõi trực tiếp quá trình hình thành màng perovskite nền thiếc không chì, mở ra góc nhìn chưa từng có về một trong những bài toán sản xuất khó nhất của công nghệ pin mặt trời thế hệ mới.
Trong ảnh: tế bào mặt trời tandem perovskite/silicon trong phòng thí nghiệm (Nguồn ảnh: Dennis Schroeder, NREL).
Kỷ lục hiệu suất chưa phải là tất cả
Ngành điện mặt trời perovskite liên tục ghi nhận những con số ấn tượng trong phòng thí nghiệm, nhưng rào cản thực sự trên đường thương mại hóa lại nằm ở một khía cạnh ít được chú ý hơn nhiều: khả năng tạo ra những màng perovskite chất lượng cao một cách lặp lại được, sản phẩm này đến sản phẩm khác. Một tế bào quang điện đạt hiệu suất đỉnh chỉ một lần là điều thú vị về mặt khoa học, nhưng một quy trình sản xuất công nghiệp buộc phải cho ra kết quả tương đương hàng nghìn, hàng triệu lần.
Bài toán này đặc biệt nan giải với dòng vật liệu perovskite nền thiếc — lựa chọn thay thế đầy hứa hẹn cho chì trong quang điện thế hệ tiếp theo. Vấn đề nằm ở tốc độ: các hợp chất thiếc có xu hướng hình nhân và kết tinh cực nhanh, khiến "cửa sổ công nghệ" bị thu hẹp nghiêm trọng. Chỉ những biến động nhỏ trong quá trình chế tạo cũng đủ làm thay đổi hình thái màng, chất lượng điện tử và cuối cùng là hiệu suất thiết bị.
Giải pháp từ Đại học Osaka và Đại học Kyoto
Đội ngũ nghiên cứu đến từ Đại học Osaka và Đại học Kyoto (Nhật Bản) đã đặt câu hỏi: liệu việc kiểm soát tốt hơn động học kết tinh có thể cải thiện đồng thời cả hiệu suất lẫn tính tái lặp của thiết bị? Thay vì chỉ phân tích tế bào hoàn chỉnh, nhóm đã dùng quang phổ học tại chỗ để quan sát những gì đang diễn ra ngay trong lúc màng perovskite hình thành.
Cụ thể, các nhà nghiên cứu khai thác kỹ thuật dung môi đối kháng (anti-solvent) được kiểm soát theo nhiệt độ như một công cụ điều biến động học kết tinh của màng perovskite gốc thiếc. Nhiệt độ dung môi đối kháng được thay đổi trên một dải rộng, sau đó quy trình tối ưu được kết hợp với bước thụ động hóa trước ủ nhiệt (pre-annealing passivation). Cách tiếp cận này làm thay đổi cách màng kết tinh và xếp chồng, giúp triệt tiêu sự hỗn loạn về năng lượng cũng như hiện tượng tái hợp không bức xạ.
Kết quả đáng ghi nhận: hiệu suất chuyển đổi quang điện tăng từ 3,50% lên 9,12%, kèm theo sự cải thiện rõ rệt về độ ổn định khi vận hành và tính tái lặp giữa các lô thiết bị.
Điểm nhấn không nằm ở con số 9,12%
Cần nói rõ rằng 9,12% không phải một kỷ lục hiệu suất mới. Nhiều nhóm nghiên cứu khác đã trình diễn các thiết bị perovskite nền thiếc đạt hiệu suất tương đương hoặc cao hơn. Điều khiến công trình trở nên đặc biệt dưới góc nhìn sản xuất chính là nỗ lực thấu hiểu và thuần hóa một quy trình chế tạo vốn nổi tiếng "khó chiều".
Để quan sát trực tiếp, nhóm đã triển khai đo quang phổ hấp thụ UV-Vis và quang phát quang (photoluminescence) ngay bên trong hộp găng tay đầy khí nitơ. Máy quang phổ StellarNet BLACK-Comet phụ trách đo hấp thụ UV-Vis, trong khi máy StellarNet SILVER-Nova đảm nhiệm mảnh quang phát quang. Hai phép đo bổ trợ nhau cung cấp thông tin về vật liệu trong từng giai đoạn tiến hóa của quá trình, thay vì chỉ "nhìn lại" màng sau khi hoàn tất. Nói cách khác: phép đo sau chế tạo cho biết đã tạo ra cái gì, còn phép đo tại chỗ còn lý giải được nó được tạo ra như thế nào.
Vì sao kiểm soát kết tinh là bài toán chung
Công trình của Nhật Bản là một mảnh ghép trong nỗ lực rộng lớn hơn nhằm làm cho công nghệ chế tạo perovskite trở nên kiểm soát được. Có thể điểm qua một số hướng đi song song trên thế giới:
- Các nhà khoa học châu Âu nghiên cứu kết tinh có kiểm soát trong công nghệ in khe hở (slot-die) tế bào perovskite nền thiếc, bao gồm cả việc dùng quang phổ quang học tại chỗ để nghiên cứu kết tinh và tối ưu điều kiện in.
- Nhiều nhóm khác điều tiết quá trình hình nhân và tăng trưởng màng bằng hóa học dung môi, phụ gia, xử lý pha hơi và các phương pháp khác.
Kỹ thuật cụ thể có thể khác nhau, nhưng bài toán cốt lõi là một: các vật liệu quang điện mới không thể bước thành công từ trình diễn phòng thí nghiệm ra sản xuất quy mô lớn nếu các nhà nghiên cứu chưa hiểu rõ mối liên hệ giữa điều kiện chế tạo, quá trình hình thành màng và hiệu năng cuối cùng của thiết bị.
Đây chính là nơi phép đo quang học thời gian thực phát huy giá trị riêng. Quang phổ hấp thụ theo dõi sự thay đổi trong độ hấp thụ quang học của vật liệu khi màng phát triển, trong khi quang phát quang cung cấp thông tin bổ trợ về hành vi trạng thái kích thích, các khuyết tật và tái hợp không bức xạ. Giám sát đồng thời cả hai trong suốt quá trình hình thành mở ra một "cửa sổ" quan sát mà trước đây chủ yếu chỉ được đánh giá gián tiếp qua màng thành phẩm. Thêm nữa, các thiết bị quang học dạng sợi quang nhỏ gọn cho phép tích hợp phép đo trực tiếp vào môi trường chế tạo thực tế, kể cả hộp găng tay khí quyển kiểm soát và các hệ thống lắng đọng thử nghiệm.
Từ phép đo phòng thí nghiệm đến hiểu biết quy trình
Giám sát quang học tại chỗ vốn đã được thiết lập trong nhiều ứng dụng màng mỏng và lắng đọng. Việc áp dụng lên perovskite càng thuyết phục bởi chất liệu này kết tinh rất nhanh và mối quan hệ giữa quy trình chế tạo với chất lượng thiết bị cực kỳ nhạy cảm. Tuy vậy, không nên hiểu rằng quang phổ phòng thí nghiệm đơn phương giải quyết được bài toán sản xuất perovskite. Sản xuất thương mại đặt ra hàng loạt thách thức hoàn toàn khác: diện tích lắng đọng, công suất, kiểm soát môi trường, thiết kế thiết bị, độ ổn định vật liệu và bảo đảm chất lượng. Nhưng nguyên tắc nền tảng vẫn hoàn toàn liên quan đến chế tạo công nghiệp: hãy đo quy trình ngay khi nó đang diễn ra, thay vì chỉ dựa vào kiểm tra sau khi kết thúc.
Với quang điện perovskite, điều này có thể mang nghĩa cụ thể: nhận diện các "dấu vết" quang học gắn với sự hình thành màng lý tưởng; phát hiện sớm khi quy trình bắt đầu lệch khỏi điều kiện tối ưu; và cuối cùng là xây dựng được các cửa sổ công nghệ rộng hơn, giúp việc chế tạo bớt nhạy cảm với những biến động nhỏ. Bước chuyển từ phát hiện phòng thí nghiệm sang sản xuất thương mại thường phụ thuộc đúng vào loại tri thức này: các nhà nghiên cứu trước tiên xác định biến số quy trình nào quan trọng, sau đó làm rõ biến số đó tác động thế nào đến vật liệu, và cuối cùng chuyển hóa hiểu biết ấy thành các biện pháp kiểm soát trong sản xuất.
Theo mô tả của nhóm Osaka – Kyoto, sơ đồ nghiên cứu thể hiện phương pháp xử lý dung môi đối kháng nhiệt độ cao kết hợp thụ động hóa trước ủ nhiệt nhằm "tách rời" tính mong manh động học, chuyển sang quá trình hình nhân và tăng trưởng được điều khiển theo nhiệt độ; trong khi quy trình thụ động hóa ủ nhiệt sau truyền thống (mũi tên xám) chỉ tác động ở giai đoạn cuối.
Vì sao nghiên cứu này nổi bật
Công trình của Đại học Osaka và Đại học Kyoto vừa được vinh danh giải Nhất Cuộc thi Ứng dụng Quang phổ thường niên lần thứ 6 của StellarNet, với kết quả được công bố trong ngày. Cuộc thi thường niên này tôn vinh các nhà khoa học tìm ra cách sáng tạo dùng quang phổ để trả lời những câu hỏi khoa học và kỹ thuật. Công trình nổi bật không đơn thuần vì quang phổ được dùng để đặc trưng hóa một vật liệu pin mặt trời hiệu năng cao, mà vì phép đo quang học đã được tích hợp trực tiếp vào việc nghiên cứu cách vật liệu đó hình thành.
Sự phân biệt này rất quan trọng. Các nhà nghiên cứu không chỉ hỏi tế bào hoàn chỉnh có hiệu suất bao nhiêu; họ đang tìm hiểu điều gì xảy ra trong quá trình chế tạo quyết định liệu một tế bào chất lượng cao có được tạo ra một cách ổn định hay không. Với perovskite nền thiếc, giải quyết bài toán đó có thể cuối cùng quan trọng ngang với việc thiết lập thêm một kỷ lục hiệu suất phòng thí nghiệm. Khi quang điện perovskite tiến gần hơn tới thương mại hóa, giới nghiên cứu và nhà sản xuất sẽ cần những công cụ tốt hơn để kết nối điều kiện chế tạo với chất lượng vật liệu và hiệu năng thiết bị. Đo quang học thời gian thực là một con đường để xây dựng mối liên kết đó — và quan sát tế bào mặt trời hình thành có thể chứng minh không kém phần quan trọng so với việc đo hiệu suất của nó sau khi hoàn thành.
Tài liệu tham khảo: Tingting Liu, Ryosuke Nishikubo, Chien-Yu Chen, Atsushi Wakamiya và Akinori Saeki, "Temperature-controlled anti-solvent engineering enables the fabrication of reproducible and stable tin-based perovskite solar cells by decoupling the kinetic fragility", Journal of Materials Chemistry A, 2026. DOI: 10.1039/D6TA03298B.
Nguồn: https://www.solarpowerworldonline.com/2026/09/the-next-perovskite-challenge-isnt-efficiency-its-repeatable-manufacturing/ — Solar Power World (bản dịch tiếng Việt).
Xem tiếp
- Modi Energy ra mắt gói điện mặt trời kết hợp lưu trữ năng lượng không cần chi phí trả trước tại Đan Mạch
- EcoFlow ra mắt hệ thống lưu trữ năng lượng 5 kWh mới
- Pháp định rõ điều khoản phiên đấu giá công suất dài hạn
- NLTT Việt Nam tuần 41/2026: đàm phán giá 172 dự án sau thanh tra, thủy điện tích năng và BESS tăng tốc
- Dự án tích năng khí nén trong khoang muối Kim Đàn công suất 700 MW của Trung Quốc hoàn tất khởi động toàn hệ thống
Zalo: 0904 686 673 · maiphuongsolar@mpse.com.vn
