Bắt tay nghiên cứu từ năm 2011, TS Đào Quang Duy, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đến nay đã phát triển thành công vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin, với đầy đủ tính chất phù hợp để tạo thành lớp chuyển tiếp lỗ trống trong pin mặt trời perovskite.
Đây là loại vật liệu quan trọng tác động tới độ bền và tuổi thọ của pin perovskite. Khác với pin mặt trời sillic truyền thống, các lớp chuyển tiếp lỗ trống của pin perovskite sử dụng vật liệu dạng rắn, không phải điện phân lỏng, có khả năng hấp thụ và khuếch tán năng lượng tốt.
Pin mặt trời perovskite có nhiều ưu điểm so với pin silic truyền thống. Ảnh: Solar Energy.
Để chế tạo vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin, TS Duy và cộng sự áp dụng công nghệ quay phủ. Công nghệ này có ưu điểm giá thành hợp lý nhưng vẫn đảm bảo pin tăng sức bền dẻo và độ ổn định. Nghiên cứu cho thấy, vật liệu này có độ linh động hạt tải mang điện cao, và dễ hòa tan trong các dung môi hữu cơ, có khả năng bảo vệ lớp vật liệu perovskite. Cấu trúc tinh thể của pin giúp quá trình chuyển đổi các photon ánh sáng từ nguồn mặt trời thành điện năng sử dụng, được diễn ra hiệu quả.
Đặc biệt, kể cả khi chưa được tối ưu hóa, pin sử dụng vật liệu hữu cơ nguyên tử nhỏ làm lớp chuyển tiếp lỗ trống có hiệu suất chuyển đổi năng lượng ở mức cao, đạt 15%. Ngoài ra, việc sử dụng vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin không cần pha tạp, có thể làm tăng độ bền của pin gấp hai lần, bảo vệ lớp perovskite bên ngoài.
"Mặc dù hiệu suất này tương đương với pin silic truyền thống, nhưng việc chế tạo vật liệu mới được nhóm chú ý đến giá thành chế tạo hợp lý, dễ dàng áp dụng công nghệ và ít ảnh hưởng tới môi trường vì không cần sử dụng thêm các hợp chất pha tạp", TS Duy cho biết.
TS Duy cho biết, hướng phát triển tiếp theo là tối ưu hóa các bước chế tạo pin, tăng độ bền và hiệu suất của vật liệu. "Chúng tôi hi vọng đây là một hướng đi tốt để pin mặt trời perovskite có thể tiến xa hơn trong quá trình thương mại hóa trong nước", anh nói.
Nhờ kết quả bước đầu về hiệu suất vật liệu, nhóm tiếp tục thiết kế cấu trúc perovskite 2D hoặc 3D để thay đổi lớp nhân, giúp tăng hiệu suất chuyển đổi điện năng của pin. Bước nghiên cứu này được dự kiến năm sau hoàn thành. Ngoài công trình này, nhóm đang nghiên cứu chế tạo loại pin nhiên liệu mới sử dụng các vật liệu carbon để thay thế cho các vật liệu platin quý hiếm.
Pin perovskite được coi là một trong những ứng viên tiềm năng để thay thế pin mặt trời silic truyền thống. Hiện nay Việt Nam đa phần nhập khẩu pin mặt trời silic, giá thành cao và có thể ảnh hưởng tới môi trường đất khi hết hạn sử dụng do pin silic có nhiều tạp chất. Việc phát triển loại pin mặt trời mới tại Việt Nam giúp giảm giá thành mà vẫn đảm bảo môi trường và sức khỏe cho người sử dụng.
Nguyễn Xuân