Phát triển thành công vật liệu pin mặt trời mỏng gấp 15 lần tờ giấy

Ý tưởng nghiên cứu của Đại học Stanford được mở ra từ mong muốn nỗ lực tìm kiếm vật liệu pin mặt trời thay thế silicon. Silicon là vật liệu phổ biến nhất để sản xuất pin mặt trời nhưng do rất nặng và rắn, silicon không thực sự phù hợp với ứng dụng trên máy bay, tàu vũ trụ, phương tiện điện, hay thiết bị đeo trên người vốn đòi hỏi trọng lượng nhẹ.

Bộ pin mới bao gồm TMD (kim loại chuyển tiếp dichalcogenide) cũng như các mối nối mạ vàng bọc trong lớp graphene dẫn điện chỉ dày bằng một nguyên tử. Cấu trúc đó được đặt bên trong lớp polymer mềm dẻo chống phản xạ, giúp cải thiện hấp thụ ánh sáng. Riêng tế bào pin TMD dày chưa tới 6 micron.

Loại vật liệu mới có khả năng hấp thụ lượng ánh sáng Mặt Trời cao hơn pin thông thường, cung cấp giải pháp siêu nhẹ thay thế pin mặt trời hoạt động nhờ silicon.

Nguyên mẫu pin mặt trời sử dụng vật liệu do các nhà nghiên cứu phát triển từ TMD. Ảnh: Đại học Stanford

Trước đây, giới nghiên cứu gặp khó khăn trong việc khai thác tiềm năng của TMD. Các chướng ngại vật liên quan tới khâu sản xuất và vận chuyển vật liệu siêu nhẹ mà không gây hư hỏng. Tuy nhiên, vấn đề chính là pin mặt trời silicon hiện nay biến đổi khoảng 30% ánh sáng mặt trời thành điện trong khi TMD chỉ biến đổi khoảng 2%. Dù TMD có tiềm năng lớn cho phép ứng dụng rộng rãi hơn, nhóm nghiên cứu cần tìm ra cách cải tiến hiệu suất của vật liệu.

Vật liệu mới do nhóm nghiên cứu ở Đại học Stanford phát triển khắc phục nhược điểm trên khi đạt hiệu suất chuyển đổi điện 5,1%. Các nhà nghiên cứu có thể tối ưu hóa vật liệu để đạt hiệu suất 27%, tương đương những pin mặt trời tốt nhất trên thị trường hiện nay. Vật liệu nguyên mẫu cũng có tỷ số công suất – trọng lượng cao gấp 100 lần bất kỳ TMD nào từng được phát triển.

TMD không chứa hóa chất độc hại và tương thích sinh học, có nghĩa chúng có thể dùng cho thiết bị đeo tiếp xúc với da người. Tuy nhiên, lợi thế lớn nhất là vật liệu rất mỏng và linh hoạt, có chi phí rẻ hơn đồng thời dễ đổ khuôn theo hình thù khác thường.

Đối với xe điện, vật liệu mới có thể thúc đẩy sự phát triển của xe điện mặt trời (SEV), giúp phương tiện chạy nhiều tháng mà không cần cắm sạc. Vật liệu này cũng có thể dùng để sạc bất kỳ đồ vật nào, bao gồm thiết bị đeo nhỏ, robot, máy bay và tàu vũ trụ.

Bảo Lâm