Mặt trời là một nguồn năng lượng vô tận, và con người đã khai thác nguồn tài nguyên này thông qua các tấm pin mặt trời. Đến cuối năm 2023, tổng diện tích các tấm pin mặt trời trên toàn thế giới đã đạt gần 10.000 km², cung cấp khoảng 1.600 terawatt giờ điện, chiếm 6% tổng sản lượng điện toàn cầu.
Việc mở rộng quy mô của ngành công nghiệp năng lượng mặt trời đang diễn ra mạnh mẽ nhờ sự hỗ trợ của chính phủ và sự cạnh tranh gay gắt giữa các doanh nghiệp, đặc biệt là từ Trung Quốc. Điều này góp phần giảm đáng kể giá thành của pin mặt trời sử dụng công nghệ silicon.
Tuy nhiên, công nghệ silicon đang dần đạt đến giới hạn hiệu suất của nó. Về lý thuyết, mức tối đa mà một tế bào quang điện silicon có thể đạt được là 29%, và trên thực tế, hiệu suất của các tấm pin lắp ghép chỉ dao động quanh mức 22-26%. Chính vì vậy, các nhà khoa học đang tìm kiếm những giải pháp thay thế hiệu quả hơn, trong đó nổi bật nhất là pin mặt trời sử dụng vật liệu Perovskite.
Perovskite ban đầu là một khoáng chất tự nhiên, được phát hiện vào năm 1839. Ngày nay, thuật ngữ này được dùng để chỉ một nhóm vật liệu có cấu trúc tinh thể tương tự, với khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời vượt trội và tiềm năng sản xuất đơn giản hơn silicon. Những hợp chất Perovskite có thể được tổng hợp từ các nguyên tố phổ biến như clo, brom và iốt, giúp giảm chi phí sản xuất. Quan trọng hơn, chúng có thể đạt hiệu suất cao hơn silicon truyền thống, thậm chí vượt mốc 30% khi được sử dụng trong các tế bào quang điện song song (tandem solar cells).
Dù có nhiều ưu điểm, các tế bào Perovskite vẫn gặp một số thách thức lớn, đặc biệt là độ bền và khả năng chống ẩm. Nhằm khắc phục điều này, các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu cải tiến lớp bảo vệ và phương pháp chế tạo để nâng cao tính ổn định của vật liệu. Một trong những bước đột phá đáng chú ý đến từ Oxford PV, một công ty khởi nguồn từ Đại học Oxford, với công nghệ kết hợp một lớp Perovskite mỏng trên lớp silicon, giúp tối ưu hóa khả năng hấp thụ ánh sáng ở các dải bước sóng khác nhau.
Oxford PV đã mở một nhà máy tại Đức và cung cấp những tấm pin mặt trời đầu tiên ra thị trường. Các thử nghiệm thực tế đang được tiến hành để đánh giá độ bền và hiệu quả của công nghệ này so với các tấm pin silicon truyền thống. Với hiệu suất trung bình 24,5%, phiên bản cải tiến tiếp theo của Oxford PV dự kiến đạt 26,9%, và có thể tiếp tục tăng lên hơn 30% trong tương lai gần.
Không chỉ có Oxford PV, nhiều tập đoàn lớn khác cũng đang tham gia vào cuộc đua phát triển pin Perovskite. Hanwha Qcells của Hàn Quốc đã đầu tư hàng trăm triệu USD để mở rộng dây chuyền sản xuất, trong khi LONGi Green Energy Technology của Trung Quốc đã đạt hiệu suất kỷ lục 34,6% trong điều kiện phòng thí nghiệm và đang nghiên cứu các phương pháp sản xuất hàng loạt.
Sự phát triển của công nghệ pin Perovskite có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành năng lượng tái tạo. Nếu các vấn đề về độ bền và chi phí sản xuất được giải quyết, loại pin này có thể thay thế hoặc bổ sung mạnh mẽ cho công nghệ silicon, giúp tăng sản lượng điện mặt trời trên toàn cầu và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch. Dù vẫn còn nhiều rào cản kỹ thuật cần vượt qua, nhưng không thể phủ nhận rằng Perovskite đang dần trở thành một trong những vật liệu tiềm năng nhất cho ngành năng lượng trong tương lai.
nlpanh (T/h)
12 Phát minh tuyệt vời cho việc khai thác gỗ
