Tìm hiểu về pin mặt trời hữu cơ

Pin mặt trời là một trong những thiết bị không thể thiếu đối với hệ thống điện mặt trời. Nhằm cải thiện và nâng cao hiệu suất của hệ thống năng lượng mặt trời. Các công nghệ pin mặt trời không ngừng được cải tiến và phát triển. Một công nghệ mới đã thu hút sự quan tâm của cộng đồng nghiên cứu ngành năng lượng mang tên pin mặt trời hữu cơ. Vậy pin mặt trời hữu cơ là gì? Công nghệ này có gì nổi bật mà gây được nhiều sự chú ý như vậy? Hãy cùng EMPower khám phá về chủ đề này.

Pin mặt trời hữu cơ là gì?

Pin mặt trời hữu cơ (OPV) đang là một trong những công nghệ tiên tiến nhất trong lĩnh vực pin mặt trời hiện nay. Khác với các tấm pin mặt trời tinh thể truyền thống. Thay vì sử dụng silic làm chất hấp thụ ánh sáng mặt trời. OPV sử dụng một loại tế bào polymer hoặc phân tử nhỏ được làm từ các vật liệu chứa carbon và điện tử hữu cơ. Điều này cho phép tạo ra một tấm pin mặt trời siêu nhẹ, linh hoạt và mỏng.

Cấu trúc của pin mặt trời hữu cơ

Cả tấm pin mặt trời hữu cơ và pin mặt trời silic truyền thống có cấu trúc gần như giống nhau. Sự khác biệt chính giữa hai loại pin là vật liệu được sử dụng trong lớp bán dẫn hữu cơ (OSC). Lớp bán dẫn hữu cơ còn được hiểu là khả năng hấp thụ ánh sáng và truyền dẫn điện. Trong pin mặt trời silic truyền thống, lớp này được làm từ silic tinh thể, một vật liệu bán dẫn vô cơ. Trong khi đó, OPV sử dụng một lớp mỏng chứa các hợp chất dựa trên carbon làm bán dẫn hữu cơ (OSC). Lớp này thường được phủ lên một lớp nhựa, giúp tạo nên độ linh hoạt và dễ uốn cong của pin mặt trời.

Pin mặt trời hữu cơ hoạt động như thế nào?

Quy trình sản xuất điện của OVP tương tự như tấm pin mặt trời silic đơn tinh thể và silic đa tinh thể. Cả ba loại pin mặt trời này đều sử dụng hiệu ứng quang điện để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Hiệu ứng quang điện là quá trình chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng. Điều này có nghĩa là khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin mặt trời, năng lượng của ánh sáng sẽ được chuyển đổi thành dòng điện.

Giai đoạn đầu tiên của quá trình là sự hấp thụ ánh sáng bởi tấm pin mặt trời. Ánh sáng được hấp thụ và biến đổi thành các photon. Sau đó, pin mặt trời đánh bật các photon làm cho các electron tách ra khỏi vật liệu bán dẫn. Sau khi electron thoát ra khỏi vật liệu bán dẫn. Chúng có thể di chuyển khắp pin mặt trời và tạo ra dòng điện qua các hạt mang điện. 

Ưu – nhược điểm

Ưu điểm 

OPV mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng, nhà sản xuất và người lắp đặt. Tấm pin mặt trời này sẽ còn có những tính năng vượt trội hơn nữa. Khi công nghệ này tiếp tục được nghiên cứu và phát triển.

Một số ưu điểm của pin năng lượng mặt trời hữu cơ như:

Cấu trúc linh hoạt và nhẹ: OPV có cấu trúc linh hoạt. Chúng có thể uốn cong và thích ứng với nhiều hình dạng và bề mặt khác nhau. Điều này cho phép người dùng tận dụng diện tích lớn hơn và có thể dễ dàng lắp đặt tấm pin mặt trời trên các vật liệu khác nhau. Cấu trúc linh hoạt cũng giúp OPV có độ bền cao hơn so với các mô-đun pin mặt trời khác.

Chi phí sản xuất thấp: Tấm pin mặt trời hữu cơ được tạo thành từ các hợp chất hữu cơ, điều này giúp giảm đi chi phí sản xuất. Thay vì sử dụng các quy trình phức tạp và đắt đỏ như công nghệ tấm pin mặt trời truyền thống. Nhà sản xuất có thể sử dụng quy trình đơn giản hơn. Quy trình này không chỉ nhanh chóng mà còn giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí sản xuất. Đồng thời vật liệu sản xuất tấm pin mặt trời này thân thiện với môi trường hơn, giúp giẩm thiểu tình trạng ô nhiễm.

Nguồn nguyên liệu dồi dào: OPV có lợi thế về việc được sản xuất từ các nguyên liệu dồi dào và dễ tìm thấy. Điều này sẽ giảm các rào cản về cung cấp và giá cả.

Nhược điểm 

So với các tấm pin mặt trời silicon đã trở thành công nghệ phổ biến và phát triển. Việc nghiên cứu và phát triển OPV chỉ ở giai đoạn đầu. Điều này đồng nghĩa với việc vẫn còn nhiều khía cạnh cần được nghiên cứu và cải tiến để đạt được hiệu suất tối ưu từ tấm pin mặt trời hữu cơ.

Một số nhược điểm của OPV:

Hiệu suất chuyển đổi năng lượng: Hiệu suất của OPV thấp hơn nhiều so với tấm pin mặt trời silicon truyền thống. Tấm pin mặt trời silicon thông thường có hiệu suất đạt từ 20% – 25%. Trong khi đó, tấm pin mặt trời hữu cơ chỉ đạt hiệu suất từ 8% – 12%. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu vẫn luôn tìm cách nâng cao hiệu suất của tấm pin mặt trời hữu cơ.

Tuổi thọ: Tuổi thọ của OPV thấp hơn đáng kể so với các tấm pin mặt trời truyền thống. Nguyên nhân chính là do các vật liệu hữu cơ bị phân rã nhanh hơn khi tiếp xúc với môi trường.

Tương lai của pin mặt trời hữu cơ

Đến nay, các nhà khoa học đã tạo ra được OPV có hiệu suất cao. Trong điều kiện kiểm soát, chúng có thể hoạt động với hiệu suất trên 18%. Tuy nhiên, các kết quả và mức năng lượng này chưa được thực hiện trong điều kiện thực tế. Hơn nữa, hiệu suất 18% cũng vẫn kém so với công nghệ silicon có hiệu suất thực tế lên đến 23%.

Tuy nhiên, hiện nay có nghiên cứu đang được tiến hành để tối ưu hóa OPV. Vì tế bào có cấu trúc mỏng, linh hoạt và bán trong suốt, chúng có thể được áp dụng vào những khu vực mà pin truyền thống không thể làm được. Đây là lý do tại sao công nghệ OPV rất có triển vọng trong tương lai. 

Các bạn vừa cùng EMPower tìm hiểu về công nghệ pin mặt trời hữu cơ. Có thể thấy đây là công nghệ có nhiều tính năng vượt trội. Nhưng hiệu suất của nó vẫn kém hơn so với pin mặt trời đơn tinh thể và đa tinh thể. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn đang nổ lực cải tiến công nghệ này. 

>>> Đọc thêm: Top 10 hãng pin mặt trời tốt nhất hiện nay