Đột phá pin mặt trời thế hệ mới sử dụng ánh sáng trong nhà

Công nghệ này hứa hẹn giúp các thiết bị tiêu thụ ít điện như bàn phím, điều khiển, chuông báo động, cảm biến… hoạt động mà không cần pin.

Khác với pin mặt trời silicon truyền thống, perovskite có thể điều chỉnh thành phần để hấp thụ tốt hơn các bước sóng đặc trưng của ánh sáng trong nhà. Tuy nhiên, vật liệu này thường chứa các khuyết tật tinh thể (gọi là “bẫy”) khiến electron bị giữ lại, làm gián đoạn dòng điện và thúc đẩy quá trình xuống cấp.

Trong nghiên cứu đăng trên Advanced Functional Materials, nhóm đã kết hợp 3 loại hóa chất để giảm khuyết tật này, bao gồm RbCl (rubidi clorua) giúp tinh thể perovskite phát triển đồng đều, giảm ứng suất, cũng như hai hóa chất khác ổn định ion iodua và bromua, ngăn chúng tách pha gây suy giảm hiệu suất.

Tác giả chính, nghiên cứu sinh Siming Huang thuộc UCL, giải thích: “Pin mặt trời có nhiều khuyết tật giống như chiếc bánh bị cắt vụn. Ba ‘nguyên liệu’ chúng tôi thêm vào đã ghép chiếc bánh lại, giúp dòng điện đi qua dễ dàng hơn. Tác dụng tổng hợp mạnh hơn từng thành phần riêng lẻ”.

Kết quả, pin đạt hiệu suất chuyển đổi 37,6% ánh sáng trong nhà ở cường độ 1.000 lux (tương đương độ sáng của một văn phòng làm việc), lập kỷ lục thế giới cho loại pin perovskite tối ưu cho ánh sáng trong nhà với dải cấm 1,75 eV. Tuổi thọ dự kiến trên 5 năm, cao hơn nhiều so với vài tuần hoặc vài tháng của các mẫu trước.

Thử nghiệm cho thấy sau hơn 100 ngày, pin mới giữ được 92% hiệu suất ban đầu, so với 76% ở mẫu đối chứng. Trong điều kiện khắc nghiệt (300 giờ ánh sáng mạnh liên tục ở 55°C), pin mới giữ 76% hiệu suất, trong khi mẫu đối chứng chỉ còn 47%.

Phó giáo sư Mojtaba Abdi Jalebi (UCL) nhận định: “Hàng tỷ thiết bị tiêu thụ điện nhỏ hiện phụ thuộc vào thay pin – một thói quen không bền vững. Pin mặt trời perovskite của chúng tôi có thể thu nhiều năng lượng hơn, bền hơn và chi phí thấp, vì được sản xuất từ vật liệu phổ biến, quy trình đơn giản, thậm chí có thể in ra như in một tờ báo”.