Pin mặt trời thế hệ mới vượt qua các bài thử nghiệm nghiêm ngặt của quốc tế

Các nhà khoa học Úc lần đầu tiên đã tạo ra một thế hệ pin năng lượng mặt trời mới vượt qua các tiêu chuẩn kiểm tra nghiêm ngặt của Ủy ban Kỹ thuật điện quốc tế về nhiệt và độ ẩm. Kết quả nghiên cứu mới này là một bước quan trọng tiến tới khả năng thương mại hóa của pin mặt trời perovskite, đã được công bố ngày 21 tháng 5 trên tạp chí Science.

Hệ thống năng lượng mặt trời hiện đang phổ biến trong các ngành công nghiệp hiện nay. Hầu hết các hệ thống hiện tại đều dựa vào silicon để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng hữu ích.

Tuy nhiên, tốc độ chuyển đổi năng lượng của silicon trong các tấm pin mặt trời gần đạt đến giới hạn tự nhiên của nó. Vì vậy, các nhà khoa học đã khám phá các vật liệu mới có thể được xếp chồng lên nhau trên silicon để cải thiện tỷ lệ chuyển đổi năng lượng. Một trong những vật liệu hứa hẹn nhất cho đến nay là kim loại halide perovskite, có thể vượt trội hơn cả silicon.

Giáo sư Anita Ho-Baillie, Chủ tịch Hội đồng khoa học John Hooke tại Đại học Sydney nói: "Perovskites là một vật liệu thực sự hứa hẹn cho các hệ thống năng lượng mặt trời. Chúng rất rẻ, mỏng hơn 500 lần so với silicon, linh hoạt và siêu nhẹ. Chúng cũng có đặc tính hấp thu năng lượng rất lớn và tỷ lệ chuyển đổi năng lượng cao."

Các tế bào Perovskite sẽ cần phải xếp chồng lên nhau so với các tiêu chuẩn thương mại hiện tại. Đó là điều thú vị về nghiên cứu của chúng tôi. Chúng tôi đã chứng minh rằng, có thể cải thiện đáng kể độ ổn định nhiệt của chúng".

Các nhà khoa học đã làm điều này bằng cách ngăn chặn sự phân hủy của các tế bào perovskite, sử dụng một tấm chăn bằng thủy tinh polymer đơn giản, chi phí thấp.

Dưới sự tiếp xúc liên tục với mặt trời và các yếu tố khác, các tấm pin mặt trời trải qua sự khắc nghiệt của nhiệt độ và độ ẩm. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, các tế bào perovskite không được bảo vệ trở nên không ổn định, giải phóng khí từ bên trong cấu trúc của chúng.

"Hiểu được quá trình này, được gọi là ‘bay hơi’, là một phần trọng tâm trong công việc của chúng tôi để phát triển công nghệ và cải thiện độ bền của nó", Ho-Baillie nói. "Tôi luôn thích khám phá làm thế nào các pin mặt trời perovskite có thể được tích hợp vào các cửa sổ cách nhiệt, chẳng hạn như kính chân không. Vì vậy, chúng ta cần biết các đặc tính vượt trội của loại vật liệu này."

Giải pháp chi phí thấp

Lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC-MS) để xác định các sản phẩm dễ bay hơi đặc trưng và con đường phân hủy của các vật liệu ứng suất nhiệt thường được sử dụng trong các tế bào hiệu suất cao. Sử dụng phương pháp này, họ đã phát hiện ra một chồng thủy tinh polymer chi phí thấp kèm với áp lực cao có hiệu quả trong việc triệt tiêu sự phát sinh của perovskite.

Khi được đưa vào các tiêu chuẩn kiểm tra quốc tế nghiêm ngặt, các tế bào mà nhóm nghiên cứu đang làm việc vượt trội hơn mong đợi.

"Một kết quả thú vị khác trong nghiên cứu của chúng tôi là chúng tôi có thể ổn định các tế bào perovskite trong các điều kiện kiểm tra môi trường tiêu chuẩn của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế. Không chỉ vượt qua các bài kiểm tra chu kỳ nhiệt, chúng còn vượt quá yêu cầu khắt khe về độ nóng ấm và sự đóng băng", Ho-Baillie chia sẻ.

"Chúng tôi hy vọng phương pháp sắc ký khí khối phổ sẽ góp phần thúc đẩy các hoạt động của pin mặt trời perovskite, tăng triển vọng thương mại hóa của chúng", Ho-Baillie nói.

Các thử nghiệm này giúp xác định xem các mô-đun pin mặt trời có thể chịu được tác động của điều kiện hoạt động ngoài trời hay không bằng cách cho chúng tiếp tục quay vòng nhiệt độ trong khoảng từ -40 độ đến 85 độ, cũng như tiếp xúc với độ ẩm tương đối 85%.

Cụ thể, lần đầu tiên, pin mặt trời perovskite đã tồn tại hơn 1800 giờ trong thử nghiệm "nóng ẩm" và 75 chu kỳ thử nghiệm "độ ẩm đóng băng", vượt quá yêu cầu của tiêu chuẩn IEC 61215:2016.

Hoàng Nam dịch

Theo LabManager