Bước tiến vượt bậc đã lập kỷ lục mới cho hiệu suất tấm pin mặt trời trong suốt

Gần đây, một nghiên cứu do Đại học Michigan dẫn dắt đã thiết lập 1 kỷ lục hiệu suất 8,1% cho tấm pin năng lượng mặt trời trong suốt. Đây là 1 bước tiến quan trọng cho nghành năng lượng, không những thế còn tận dụng năng lượng từ kính ở các tòa nhà cao chọc trời.

Tấm pin mặt trời trong suốt được lắp đặt bên trên các cửa kính. Nguồn: Yongxi Li.

Nhóm nghiên cứu đã đạt được hiệu suất 8,1% và độ trong suốt 43,3% với thiết kế vật liệu hữu cơ thay vì silicon thông thường. Các tấm này vẫn có một chút ánh màu xanh lá cây, nhưng chủ yếu có màu giống như màu xám của kính râm và cửa sổ ô tô. “”Trên mặt của mọi tòa nhà, cửa sổ là vị trí lý tưởng cho các tấm thu lượng mặt trời hữu cơ vì chúng đem lại một thứ mà các tấm silicon không thể có được: sự kết hợp giữa hiệu suất và độ trong suốt rất cao”, giáo sư Stephen Forrest, người dẫn dắt nghiên cứu, cho biết.

Các tòa nhà có mặt tiền bằng kính thường có một lớp phủ để phản xạ và hấp thụ một số ánh sáng của cả phần quang phổ nhìn thấy và tia hồng ngoại, để giảm độ sáng và nhiệt lượng hấp thụ vào tòa nhà. Thay vì lãng phí nguồn nhiệt lượng này, người ta có thể tận dụng các tấm thu năng lượng mặt trời trong suốt để cung cấp điện năng của các tòa nhà đó. Độ trong suốt của tấm thu năng lượng mặt trời của nhóm Forrest phát triển, vốn được trình bày trong công trình xuất bản trên PNAS, cũng tương đương với độ trong suốt của một số loại cửa sổ tòa nhà hiện nay.

“Vật liệu mới mà chúng tôi phát triển và cấu trúc của thiết bị mà chúng tôi chế tạo đã có sự cân bằng nhiều yếu tố để hội tụ được các ưu điểm như khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời tốt, điện áp cao, điện trở thấp, dòng điện cao, và đồng thời là độ trong suốt, trung tính về màu,” Yongxi Li, nhà nghiên cứu kỹ thuật điện và khoa học máy tính, cho biết.

Vật liệu mới là sự kết hợp của các phân tử hữu cơ được xử lý để trở nên trong suốt với quang phổ nhìn thấy được và hấp thụ được phổ hồng ngoại gần, phần không nhìn thấy được của quang phổ nhưng chiếm phần lớn năng lượng trong ánh sáng mặt trời. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã phát triển các lớp phủ quang học để tăng cường lượng điện tạo ra từ ánh sáng hồng ngoại và độ trong suốt của kính đối với quang phổ nhìn thấy — hai yếu tố thường xung đột nhau.

Phiên bản trung tính màu của thiết bị được chế tạo bằng điện cực oxit thiếc indi. Điện cực bạc cải thiện hiệu suất lên 10,8%, với độ trong suốt là 45,8%. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp thì sắc xanh nhạt của phiên bản đó có thể không dùng làm cửa sổ được.

Các tấm thu năng lượng mặt trời trong suốt được đo bằng hiệu suất sử dụng ánh sáng của chúng, chỉ số mô tả bao nhiêu năng lượng từ ánh sáng chiếu vào cửa sổ được chuyển thành điện hoặc thành dạng ánh sáng truyền qua vào bên trong. Trước đây,các tấm thu năng lượng mặt trời trong suốt có hiệu suất sử dụng ánh sáng khoảng 2-3% nhưng tấm thu mới bằng oxit thiếc indi ở mức 3,5% và phiên bản màu bạc có hiệu suất sử dụng ánh sáng là 5%.

Cả hai phiên bản đều có thể được sản xuất ở quy mô lớn, sử dụng vật liệu ít độc hại hơn các loại tấm thu năng lượng mặt trời trong suốt khác. Các tấm pin hữu cơ trong suốt cũng có thể được tùy chỉnh theo vĩ độ nơi đặt nhằm tận dụng việc chúng hoạt động hiệu quả nhất khi tia nắng mặt trời chiếu vuông góc. Chúng có thể được đặt ở giữa hai lớp kính của cửa sổ hai lớp.

Forrest và nhóm của ông đang nghiên cứu một số cải tiến, mục tiêu tiếp theo là đạt hiệu suất sử dụng ánh sáng 7% và kéo dài tuổi thọ của tấm thu lên khoảng 10 năm. Họ cũng đang nghiên cứu tính kinh tế của việc lắp đặt các cửa sổ thu năng lượng mặt trời trong suốt vào các tòa nhà xây mới và hiện có.

Nghiên cứu được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences với tiêu đề “Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics” của Forrest, Li và các đồng nghiệp Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade và Maojie Zhang. Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang North Carolina, Đại học Soochow ở Trung Quốc và Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC.

Nguồn: Tiasang.com.vn