Silicon từ lâu đã trở thành vật liệu cần thiết cho công nghệ pin mặt trời, bởi chi phí thấp, ổn định và hiệu quả. Không may, silicon nhanh chóng dễ dàng chạm ngưỡng giới hạn về mặt lý thuyết, nhưng kết hợp với các vật liệu khác có thể giúp silicon phá vỡ rào cản này. Hiện tại, các nhà nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa liên bang Lausanne (EPFL) và CSEM đã đưa ra một giải pháp mới bằng việc kết hợp các tế bào năng lượng mặt trời silic và perovskite để đạt hiệu quả kỷ lục 25,2%.
Hiện nay, các tế bào năng lượng mặt trời silic trên thị trường đạt hiệu suất tối đa từ 20 đến 22%, không tệ nhưng không quá tiềm năng cho công nghệ phát triển. Perovskite đã sẵn sàng chuẩn bị cho một giải pháp thay thế, hiệu quả tăng từ 3,8% trong năm 2009 đến hơn 20% cho một tế bào perovskite đa lớp trong năm 2016. Tuy nhiên, nó đắt hơn silicon cũ và có những hiệu quả riêng. Kết hợp perovskite và silicon trong pin mặt trời giúp hai vật liệu phát những ưu điểm của mình. Perovskite tốt hơn trong việc chuyển đổi ánh sáng màu xanh lá cây và màu xanh dương sang điện, trong khi silicon chuyên về màu đỏ và hồng ngoại, vì vậy cùng nhau chúng có thể bao quát một phạm vi rộng hơn của quang phổ.
Florent Sahli và Jérémie Werner, tác giả của nghiên cứu cho biết: “Bằng cách kết hợp hai loại vật liệu này, chúng tôi có thể tối đa hóa việc sử dụng phổ năng lượng mặt trời và tăng lượng điện năng tạo ra”. “Dựa và công tác tính toán và đo lường công việc đã thực hiện, con số 30% hiệu suất sẽ sớm được thực hiện”.
Pin mặt trời silicon-perovskite mới của nhóm nghiên cứu đã đạt được hiệu quả 25,2%. Nó đã phá vỡ kỉ lục của các tế bào song song trước đó đạt 13,7% vào tháng 3 năm 2015, và một tế bào năng lượng mặt trời pha tạp indium đạt 24,5% trong tháng 11 năm 2016. Rào cản chính của các tế bào song song này là trong quá trình sản xuất. Thông thường, perovskite sẽ được lắng đọng như một chất lỏng lên bề mặt, nhưng kết cấu của silic làm điều này trở nên khó thực hiện. Nó được tạo bởi một biển “kim tự tháp” cao khoảng năm micron, cho phép bẫy và hấp thụ ánh sáng tốt hơn. Nhưng điều đó có nghĩa là các bể perovskite lỏng trong các thung lũng và để lại các “đỉnh núi” cao hơn không tráng. “Cho đến nay, cách tiếp cận tiêu chuẩn để tạo ra một tế bào perovskite / silicon song song là làm giảm các kim tự tháp của tế bào silicon, làm giảm tính chất quang học của nó và do đó hiệu suất của nó cũng giảm, trước khi chuyển tế bào perovskite lên trên bề mặt nó”, Sahli nói. “Nó cũng đã thêm các bước vào quá trình sản xuất.”
Christophe Ballif, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi đang đề xuất sử dụng các thiết bị đã được sử dụng, chỉ cần thêm một vài giai đoạn cụ thể. “Các nhà sản xuất sẽ không chấp nhận một công nghệ năng lượng mặt trời hoàn toàn mới, nhưng đơn giản là cập nhật các dây chuyền sản xuất mà họ đã sử dụng cho các tế bào silicon.” ■
—–
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials.
