Tìm hiểu về pin mặt trời Perovskite

Pin mặt trời perovskite chính là sự đột phá mới trong lĩnh vực năng lượng mặt trời. Công nghệ này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất chuyển đổi năng lượng so với các công nghệ pin mặt trời truyền thống. Tuy nhiên, liệu Perovskite có thể trở thành một giải pháp năng lượng mặt trời hàng đầu trong tương lai hay không? Hãy cùng EMPower khám phá công nghệ mới này.

Pin mặt trời Perovskite là gì?

Halide perovskites là loại vật liệu có tiềm năng cao cho việc sản xuất tế bào năng lượng mặt trời với hiệu suất cao và chi phí sản xuất thấp. Tên “perovskite” xuất phát từ cấu trúc tinh thể của chúng. Điều đáng chú ý là không chỉ các perovskite chứa halide (một loại ion) mà còn có các loại perovskite khác không chứa halide (như oxides và nitrides). Và chúng được sử dụng trong các công nghệ năng lượng khác nhau.

Pin mặt trời Perovskite đã cho thấy sự tiến bộ vượt bậc trong thời gian gần đây. Với hiệu suất tăng từ khoảng 3% vào năm 2009 lên đến hơn 25%. Tuy nhiên, mặc dù đã có những tiến bộ ấn tượng, pin năng lượng mặt trời perovskite vẫn phải đối mặt với một số thách thức trước khi chúng có thể trở thành một công nghệ thương mại cạnh tranh. Điều này bao gồm việc giải quyết các vấn đề liên quan đến sự ổn định, độ bền, và chi phí sản xuất để đảm bảo rằng công nghệ này có thể đáp ứng được nhu cầu trong lĩnh vực năng lượng mặt trời.

Nguyên lý hoạt động của pin Perovskite

Tương tự như các tấm pin năng lượng mặt trời khác, pin mặt trời Perovskite cũng được hình thành bởi các tế bào quang điện. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin, các photon trong ánh sáng va chạm với lớp hấp thụ perovskite. Lúc này, các electron sẽ được kích thích và tách ra khỏi lớp hấp thụ perovskite, tạo thành các cặp electron và lỗ trống. Sau đó, các electron sẽ di chuyển đến các điện cực và tạo ra dòng điện.

Thách thức đối với pin mặt trời Perovskite

Tính ổn định và độ bền

Pin mặt trời Perovskite đã được xác định là có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao. Nhưng chúng phải đối mặt với hạn chế về độ ổn định so với các công nghệ quang điện hàng đầu hiện nay, như pin mặt trời silic đơn tinh thể. Nguyên nhân của vấn đề này là cấu trúc của Perovskite có thể bị phân hủy khi tiếp xúc với độ ẩm, oxy, hoặc khi chúng tiếp xúc với ánh sáng và nhiệt trong thời gian dài.

Ban đầu, các thiết bị Perovskite thường xuống cấp rất nhanh, có thể ngừng hoạt động chỉ sau vài phút hoặc vài giờ. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã cho thấy pin Perovskite có thể kéo dài thời gian hoạt động của chúng lên vài tháng. Mặc dù vậy, con số này vẫn thấp hơn đáng kể so với tuổi thọ trung bình từ 25 – 30 năm của các tấm pin mặt trời silic đơn tinh thể.

Hiệu suất chuyển đổi theo quy mô

Trong các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm, pin perovskite đã cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng ấn tượng của chúng. Với hiệu suất vượt qua hầu hết các công nghệ màng mỏng khác (ngoại trừ công nghệ III-V). Tuy nhiên, điều này không có nghĩa rằng hiệu suất này sẽ duy trì ở mức tương tự khi sản xuất trên quy mô lớn (ngoài môi trường phòng thí nghiệm).

Bên cạnh đó, hiệu suất chuyển đổi của pin perovskite có thể biến đổi khi thay đổi thành phần vật liệu hấp thụ. Perovskite có khả năng kết hợp với các vật liệu hấp thụ khác để cung cấp năng lượng cao hơn. Ví dụ, khi kết hợp với vật liệu silic, chúng có thể đạt hiệu suất chuyển đổi lên đến 33%. Hoặc có thể kết hợp hai loại pin perovskite với thành phần khác nhau để tạo ra các thiết bị nhẹ, linh hoạt và có công suất cao.

Khả năng sản xuất thương mại

Chuyển đổi công nghệ perovskite từ quy mô phòng thí nghiệm sang quy mô thương mại không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Hiệu suất của pin perovskite tại quy mô phòng thí nghiệm hiện tại không thua kém gì so với pin mặt trời silic thương mại. Tuy nhiên, việc đưa perovskite vào thương mại vẫn đang đối diện với nhiều rào cản để cạnh tranh với pin mặt trời silicon. Những thách thức bao gồm tuổi thọ ngắn (do vật liệu perovskite phân hủy nhanh), sử dụng các nguyên tố độc hại trong quá trình sản xuất, và độ trễ trong dòng điện của các tế bào perovskite.

Tiềm năng phát triển pin mặt trời perovskite trong tương lai

Các tấm pin mặt trời silic tinh thể được khám phá lần đầu vào năm 1916, nhưng không được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện năng lượng mặt trời cho đến những năm 1950. Điều này có nghĩa là đã mất vài thập kỷ để đạt được hiệu suất và tuổi thọ như chúng ta thấy ngày nay. Trong khi đó, công nghệ pin mặt trời Perovskite chỉ bắt đầu được nghiên cứu và phát triển từ năm 2009. Do đó, để cải thiện những hạn chế và khai thác tối đa tiềm năng của pin Perovskite, chúng ta cần một khoảng thời gian dài hơn.

Hơn nữa, để biến pin Perovskite thành một sản phẩm thương mại thành công. Các nhà sản xuất cần đối mặt với nhiều thách thức trong quá trình sản xuất hàng loạt. Điều này bao gồm việc đảm bảo rằng hiệu suất của pin không giảm quá nhiều khi chúng được sản xuất ở quy mô lớn.

Các bạn vừa cùng EMPower tìm hiểu về pin mặt trời Perovskite. Mặc dù pin Perovskite đã thể hiện sự tiến bộ nhanh chóng trong hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Nhưng chúng vẫn còn phải đối mặt với nhiều hạn chế để trở thành một giải pháp năng lượng sạch cạnh tranh.

>>> Đọc thêm:

• Pin năng lượng mặt trời mini
• Tìm hiểu về tấm pin mặt trời CIGS
• Tìm hiểu về tấm pin mặt trời hai mặt – Bifacial