Linh Pham
Intern Writer
Các nhà nghiên cứu cho biết bước đột phá này "mở đường cho các thiết bị điện tử chạy bằng ánh sáng xung quanh vốn có trong cuộc sống của chúng ta".
Phó giáo sư Mojtaba Abdi-Jalebi và nghiên cứu sinh tiến sĩ Siming Huang với các tấm pin mặt trời được tối ưu hóa cho ánh sáng trong nhà
Các tế bào quang điện mới này có khả năng thu năng lượng từ ánh sáng trong nhà. Các nhà nghiên cứu cho biết khám phá này có ứng dụng rộng rãi và có thể cho phép người tiêu dùng cấp điện cho các thiết bị như bàn phím, báo thức và cảm biến chỉ bằng ánh sáng môi trường trong nhà.
Trong nghiên cứu được công bố ngày 30 tháng 4 trên tạp chí Advanced Functional Materials , các nhà nghiên cứu đã sử dụng perovskite để thu thập ánh sáng trong pin mặt trời. Vật liệu này đã được sử dụng trong các loại pin mặt trời khác và mang lại những ưu điểm vượt trội so với các tấm pin mặt trời silicon truyền thống. Đặc biệt, perovskite hấp thụ ánh sáng xung quanh có công suất thấp hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống, theo nghiên cứu, khiến nó trở nên lý tưởng cho việc sử dụng trong nhà.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng pin perovskite mới của họ có hiệu suất cao hơn pin mặt trời silicon gấp sáu lần.
Về lâu dài, pin mặt trời có nguồn gốc từ perovskite là giải pháp thay thế bền vững và tiết kiệm chi phí hơn cho pin, theo đồng tác giả nghiên cứu Mojtaba Abdi Jalebi , phó giáo sư về vật liệu năng lượng tại Viện Khám phá Vật liệu thuộc Đại học College London.
"Hàng tỷ thiết bị chỉ cần một lượng nhỏ năng lượng đang phụ thuộc vào việc thay pin — một giải pháp không bền vững. Con số này sẽ tăng lên khi Internet vạn vật (IoT) mở rộng", Jalebi cho biết trong một tuyên bố.
"Hiện nay, pin mặt trời thu năng lượng từ ánh sáng trong nhà rất tốn kém và kém hiệu quả. Pin mặt trời perovskite trong nhà được thiết kế đặc biệt của chúng tôi có thể thu được nhiều năng lượng hơn so với pin thương mại và bền hơn các nguyên mẫu khác. Nó mở đường cho các thiết bị điện tử sử dụng ánh sáng tự nhiên vốn đã hiện diện trong cuộc sống của chúng ta."
Tuy nhiên, mặc dù ứng dụng của nó rất hứa hẹn, vật liệu này vẫn có một số nhược điểm về độ ổn định và tuổi thọ. Yếu tố then chốt ở đây nằm ở "bẫy" - những khiếm khuyết cực nhỏ trong cấu trúc tinh thể perovskite. Những bẫy này khiến các electron bị kẹt trong các vết nứt và vết lõm nhỏ xíu bên trong vật liệu, do đó ngăn cản việc khai thác năng lượng.
Hơn nữa, trong khi bẫy ngăn cản dòng điện, chúng cũng đẩy nhanh quá trình phân hủy vật liệu theo thời gian do dòng điện tích không tuyến tính chạy qua vật liệu. Để khắc phục điều này, các nhà nghiên cứu đứng sau nghiên cứu mới đã sử dụng kết hợp nhiều loại hóa chất để giảm thể tích của những khuyết tật này. Điều này bao gồm việc sử dụng rubidium clorua, "thúc đẩy sự phát triển đồng đều hơn" của các tinh thể perovskite và giảm mật độ của các bẫy, theo đại diện trong tuyên bố.
Hai hóa chất khác — N,N-dimethyloctylammonium iodide (DMOAI) và phenethylammonium chloride (PEACl), cả hai đều là muối hữu cơ của amoni — cũng được sử dụng để ổn định hai loại ion (iodide và bromide) và ngăn chúng tách ra. Nghiên cứu lưu ý rằng điều này đã giúp giải quyết vấn đề suy giảm hiệu suất lâu dài của pin mặt trời.
"Pin mặt trời với những khiếm khuyết nhỏ này giống như một chiếc bánh bị cắt thành nhiều mảnh. Thông qua sự kết hợp của nhiều chiến lược, chúng tôi đã ghép lại được chiếc bánh này, cho phép điện tích đi qua nó dễ dàng hơn", tác giả chính của nghiên cứu, Siming Huang, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Viện Khám phá Vật liệu của UCL, cho biết.
Nghiên cứu cũng cho thấy độ bền lâu dài cũng được cải thiện, với các tế bào quang điện duy trì 92% hiệu suất sau 100 ngày. Trong khi đó, một thiết bị điều khiển mà perovskite không được thay đổi để loại bỏ khuyết tật chỉ duy trì được 76% hiệu suất ban đầu.
Jalebi cho biết nhóm đang thảo luận với các bên liên quan trong ngành để "khám phá các chiến lược mở rộng quy mô và triển khai thương mại" pin mặt trời perovskite.
"Ưu điểm đặc biệt của pin mặt trời perovskite là giá thành thấp — chúng sử dụng những vật liệu có sẵn trên Trái Đất và chỉ cần xử lý đơn giản. Chúng có thể được in theo cách tương tự như in báo", Jalebi cho biết.
Phó giáo sư Mojtaba Abdi-Jalebi và nghiên cứu sinh tiến sĩ Siming Huang với các tấm pin mặt trời được tối ưu hóa cho ánh sáng trong nhà
Sạc pin bằng năng lượng mặt trời tại nhà
Một loạt các thiết bị cá nhân và gia đình có thể hoạt động mà không cần pin sau khi công nghệ năng lượng mặt trời tiên phong mới được phát triển.Các tế bào quang điện mới này có khả năng thu năng lượng từ ánh sáng trong nhà. Các nhà nghiên cứu cho biết khám phá này có ứng dụng rộng rãi và có thể cho phép người tiêu dùng cấp điện cho các thiết bị như bàn phím, báo thức và cảm biến chỉ bằng ánh sáng môi trường trong nhà.
Trong nghiên cứu được công bố ngày 30 tháng 4 trên tạp chí Advanced Functional Materials , các nhà nghiên cứu đã sử dụng perovskite để thu thập ánh sáng trong pin mặt trời. Vật liệu này đã được sử dụng trong các loại pin mặt trời khác và mang lại những ưu điểm vượt trội so với các tấm pin mặt trời silicon truyền thống. Đặc biệt, perovskite hấp thụ ánh sáng xung quanh có công suất thấp hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống, theo nghiên cứu, khiến nó trở nên lý tưởng cho việc sử dụng trong nhà.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng pin perovskite mới của họ có hiệu suất cao hơn pin mặt trời silicon gấp sáu lần.
Về lâu dài, pin mặt trời có nguồn gốc từ perovskite là giải pháp thay thế bền vững và tiết kiệm chi phí hơn cho pin, theo đồng tác giả nghiên cứu Mojtaba Abdi Jalebi , phó giáo sư về vật liệu năng lượng tại Viện Khám phá Vật liệu thuộc Đại học College London.
"Hàng tỷ thiết bị chỉ cần một lượng nhỏ năng lượng đang phụ thuộc vào việc thay pin — một giải pháp không bền vững. Con số này sẽ tăng lên khi Internet vạn vật (IoT) mở rộng", Jalebi cho biết trong một tuyên bố.
"Hiện nay, pin mặt trời thu năng lượng từ ánh sáng trong nhà rất tốn kém và kém hiệu quả. Pin mặt trời perovskite trong nhà được thiết kế đặc biệt của chúng tôi có thể thu được nhiều năng lượng hơn so với pin thương mại và bền hơn các nguyên mẫu khác. Nó mở đường cho các thiết bị điện tử sử dụng ánh sáng tự nhiên vốn đã hiện diện trong cuộc sống của chúng ta."
Những thách thức trong thành phần perovskite
Perovskite hiện đang trở thành vật liệu phổ biến để sử dụng trong các tấm pin mặt trời, với những lợi ích rõ rệt so với vật liệu gốc silicon .Tuy nhiên, mặc dù ứng dụng của nó rất hứa hẹn, vật liệu này vẫn có một số nhược điểm về độ ổn định và tuổi thọ. Yếu tố then chốt ở đây nằm ở "bẫy" - những khiếm khuyết cực nhỏ trong cấu trúc tinh thể perovskite. Những bẫy này khiến các electron bị kẹt trong các vết nứt và vết lõm nhỏ xíu bên trong vật liệu, do đó ngăn cản việc khai thác năng lượng.
Hơn nữa, trong khi bẫy ngăn cản dòng điện, chúng cũng đẩy nhanh quá trình phân hủy vật liệu theo thời gian do dòng điện tích không tuyến tính chạy qua vật liệu. Để khắc phục điều này, các nhà nghiên cứu đứng sau nghiên cứu mới đã sử dụng kết hợp nhiều loại hóa chất để giảm thể tích của những khuyết tật này. Điều này bao gồm việc sử dụng rubidium clorua, "thúc đẩy sự phát triển đồng đều hơn" của các tinh thể perovskite và giảm mật độ của các bẫy, theo đại diện trong tuyên bố.
Hai hóa chất khác — N,N-dimethyloctylammonium iodide (DMOAI) và phenethylammonium chloride (PEACl), cả hai đều là muối hữu cơ của amoni — cũng được sử dụng để ổn định hai loại ion (iodide và bromide) và ngăn chúng tách ra. Nghiên cứu lưu ý rằng điều này đã giúp giải quyết vấn đề suy giảm hiệu suất lâu dài của pin mặt trời.
"Pin mặt trời với những khiếm khuyết nhỏ này giống như một chiếc bánh bị cắt thành nhiều mảnh. Thông qua sự kết hợp của nhiều chiến lược, chúng tôi đã ghép lại được chiếc bánh này, cho phép điện tích đi qua nó dễ dàng hơn", tác giả chính của nghiên cứu, Siming Huang, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Viện Khám phá Vật liệu của UCL, cho biết.
Lợi ích hiệu suất được đánh dấu
Sau khi giải quyết vấn đề bẫy ánh sáng, các nhà nghiên cứu nhận thấy pin mặt trời của họ đã chuyển đổi 37,6% ánh sáng trong nhà thành điện năng. Điều này đạt được ở mức 1.000 lux, theo các nhà nghiên cứu, tương đương với một "văn phòng được chiếu sáng tốt".Nghiên cứu cũng cho thấy độ bền lâu dài cũng được cải thiện, với các tế bào quang điện duy trì 92% hiệu suất sau 100 ngày. Trong khi đó, một thiết bị điều khiển mà perovskite không được thay đổi để loại bỏ khuyết tật chỉ duy trì được 76% hiệu suất ban đầu.
Jalebi cho biết nhóm đang thảo luận với các bên liên quan trong ngành để "khám phá các chiến lược mở rộng quy mô và triển khai thương mại" pin mặt trời perovskite.
"Ưu điểm đặc biệt của pin mặt trời perovskite là giá thành thấp — chúng sử dụng những vật liệu có sẵn trên Trái Đất và chỉ cần xử lý đơn giản. Chúng có thể được in theo cách tương tự như in báo", Jalebi cho biết.