Tương lai của công nghệ năng lượng mặt trời
Perovskite là một loại vật liệu tiềm năng trong công nghệ năng lượng được dùng để sản xuất pin mặt trời. Công nghệ mới này sẽ có chi phí thấp hơn nhiều so với các tấm pin bằng silicon truyền thống và đặc biệt là thân thiện với môi trường khi không chứa chất độc hại.
Bước tiếp mới này có thể là sự đột phá trong ngành công nghiệp năng lượng khi các tấm pin sử dụng perovskite đang được kỳ vọng sẽ đạt hiệu suất chuyển hóa năng lượng lên đến 15% và các nhà khoa học cho rằng hiệu suất này có thể đạt được cao hơn thế nếu có thời gian nghiên cứu thêm.
Các nhà khoa học tại Đại học Northwestern, Mỹ là những người đầu tiên phát triển loại pin mặt trời sử dụng Perovskite để hấp thụ ánh sáng. Chi phí để sản xuất rất thấp chỉ khoảng 1/6 so với loại pin truyền thống sử dụng silicon. Ngoài ra perovskite còn là một loại nguyên vật liệu rất mỏng, nhẹ và rất thân thiện với môi trường khi không có chất độc hại.
“Đây là một bước đột phá trong việc sử dụng năng lượng trong tương lai, bằng các dùng các tấm pin mặt trời sử dụng vật liệu perovskite, một vât liệu vô cùng hiệu quả” Mercouri G. Kanatzidis, một chuyên gia hóa học vô cơ cho biết.
Lớp perovskite được kẹp giữa hai lớp vận chuyển tĩnh điện và hoạt động khi lớp nguyên liệu này hấp thụ ánh sáng mặt trời lúc được đặt ra bên ngoài, một giáo sư về khoa học kỹ thuật vật liệu cho biết thêm.
Ở trạng thái rắn, các miếng perovskite có hiệu quả khoảng 6%, đó là một khởi đầu tương đối tốt. Có hai điều làm loại vật liệu này trở nên đặc biệt; nó có thể hấp thụ hầu hết các quang phổ ánh sáng và các quặng perovskite dễ dàng được tinh chế bởi các phản ứng hóa học đơn giản.
Không có lý do gì vật liệu mới này không thể đạt hiệu quả cao hơn 15%. Những tấm pin dùng perovskite làm chất dẫn còn có thể làm được hơn thế. Điều này là có cơ sở vì thiếc và chì nằm trong cùng một nhóm trong bảng tuần hoàn mà các nhà kha học hy vọng một kết quả tương tự như các tấm pin sử dụng axit pha chì.
Các tấm pin năng lượng mặt trời perovskite chỉ được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm kể từ năm 2008. Trong năm 2012, hai nhà khoa học Kanatzidis và Chang đã báo cáo các kết quả nghiên cứu với những hứa hẹn hiệu quả sử dụng, an toàn với môi trường và chi phí sản xuất thấp đối với loại vật liệu này.
“Năng lượng mặt trời là có sẵn và là nguồn năng lượng duy nhất có thể bền vững mãi mãi. Nếu chúng ta biết làm thế nào để tăng cường sử dụng nguồn năng lượng này một cách hiệu quả chúng ta có thể nâng cao mức sống và giúp bảo vệ môi trường”, Kanatzidis nói.
Các tấm pin được sản xuất gồm năm lớp. Lớp đầu tiên được làm bằng thủy tinh tích điện cho phép ánh sáng mặt trời có thể chiếu được vào các tế bào năng lượng bên trong. Tiếp theo là một lớp Titanium dioxide được lắng đọng trên tấm kính như một cầu nối phía trước nhằm liên kết với các tế bào năng lượng mặt trời.
Vật liệu perovskite chính là lớp lõi của tấm pin và là nơi hấp thụ ánh sáng để chuyển hóa thành điện năng. Lớp perovskite được bao bọc trong một phủ hóa học tránh quá trình oxy hóa làm hỏng lõi pin và một lớp bao phủ lõi được thiết kế để đóng mạch điện tạo thành một tế bào quang điện hoàn chỉnh có thể đưa ra không khí. Điều này yêu cầu Kanatzidis và các đồng nghiệp của mình phải tìm ra các hóa chất cầ thiết để không làm phá hủy cấu trúc của perovskite.
Cuối cùng là một lớp điện trở bên ngoài tạo thành một tấm pin hoàn chỉnh. Toàn bộ năm lớp có độ dày khoảng 1-2 micron. Mỏng hơn rất nhiều so với pin silicon. Các nhà nghiên cứu sau đó kiểm tra các thiết bị bằng ánh sáng mặt trời và ghi lại một hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong thời gian thử nghiệm là 5,73%.
Quặng perovskite có chứa một lượng nhỏ kim loại nặng và độc hại là chì chính vì vậy việc đảm bảo cho môi trường xung quanh được ai toàn khi khai thác là một vấn đề cần phải giải quyết.
Mặc dù cần phải trải qua một thời gian nữa để nghiên cứu và phát triển, nhưng với các ưu điểm về đặc tính, perovskite sẽ là tiềm năng cho ngành công nghiệp năng lượng sạch và rẻ trong tương lai không xa.
