Pin mặt trời Perovskite và những thách thức trong sản xuất

Pin mặt trời perovskite là một công nghệ mới trong lĩnh vực năng lượng mặt trời. Nó có thể cải thiện đáng kể hiệu quả chuyển đổi năng lượng so với các công nghệ pin mặt trời hiện có. Tuy nhiên, Perovskite có thể trở thành một giải pháp năng lượng sạch trong tương lai không? Hạn chế của nó là gì? Cùng SUNEMIT tìm hiểu những thông tin này trong bài viết dưới đây.

Pin mặt trời Perovskite là gì?

“Perovskite” và “cấu trúc Perovskite” là các thuật ngữ thường được dùng thay thế cho nhau. Perovskite chính là một loại khoáng sản được tìm thấy lần đầu tiên tại núi Ural và được đặt theo tên của người sáng lập Hiệp hội Địa lý Nga (tên Lev Perovski).

Về kỹ thuật, cấu trúc Perovskite là những hợp chất có cấu trúc giống với khoáng vật (Perovskite). Cụ thể, Perovskite sẽ gồm các thành phần titan, canxi và oxy. Chúng tồn tại dưới dạng CaTiO3 hay bất kỳ hợp chất nào có công thức hóa học ABX3. Với nhiều đặc tính vật lý quang học và điện, hiện tinh thể perovskite được ứng dụng trong các lĩnh vực như máy siêu âm, chip bộ nhớ và pin năng lượng mặt trời.

Trong những năm gần đây, pin mặt trời Perovskite đã được các nhà khoa học nghiên cứu, phát triển và nâng cao về hiệu suất. Theo báo cáo, hiệu suất của pin đạt khoảng 3% trong năm 2009 và tăng lên hơn 25% vào năm 2021. Tuy pin đạt hiệu suất cao chỉ trong một thời gian ngắn nhưng để cạnh tranh với những công nghệ năng lượng trong tương lai, đòi hỏi nó phải vượt qua những thách thức ở hiện tại.

Nguyên lý hoạt động của pin Perovskite

Cũng giống như các tấm pin quang điện khác, pin Perovskite cũng được hình thành từ các tế bào quang điện. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin, các photon trong ánh sáng sẽ va vào lớp hấp thụ perovskite. Khi đó, các electron được giải phóng và tạo ra các cặp electron-lỗ trống. Sau đó, các electron sẽ chạy vào các điện cực và tạo ra dòng điện.

Các thách thức đặt ra đối với pin mặt trời Perovskite

Tính ổn định và độ bền

Pin mặt trời Perovskite đã được chứng minh là có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao, nhưng độ ổn định của chúng lại bị hạn chế so với các công nghệ quang điện hàng đầu hiện nay (như pin mặt trời silic đơn tinh thể). Nguyên nhân là do cấu trúc Perovskite có thể bị phân hủy khi gặp độ ẩm, oxy hoặc khi chúng tiếp xúc với ánh sáng, nhiệt trong thời gian dài.

Các thiết bị Perovskite ban đầu xuống cấp cực nhanh, có thể ngừng hoạt động chỉ sau vài phút hoặc vài giờ. Tuy nhiên, giờ đây các nhà nghiên cứu đã chứng minh chúng có thể kéo dài thời gian hoạt động trong vài tháng. Dù vậy, con số này vẫn thấp hơn đáng kể so với các tấm pin mặt trời silic đơn tinh thể có tuổi thọ trung bình từ 25 – 30 năm.

Hiệu suất chuyển đổi theo quy mô

Trong các nghiên cứu ở phòng thí nghiệm, pin perovskite đã vượt qua hầu hết các công nghệ màng mỏng về hiệu suất chuyển đổi năng lượng (ngoại trừ công nghệ III-V). Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa với việc hiệu suất này vẫn giữ nguyên khi chế tạo ở quy mô lớn (ngoài phòng thí nghiệm).

Ngoài ra, hiệu suất chuyển đổi của pin perovskite còn có thể thay đổi từ việc thay đổi thành phần vật liệu hấp thụ. Perovskite có thể kết hợp với các vật liệu hấp thụ khác để cung cấp nhiều năng lượng hơn. Ví dụ như kết hợp với vật liệu silicon tạo ra hiệu suất chuyển đổi trên 33%. Hay có thể kết hợp hai pin perovskite có thành phần khác nhau để tạo thành các thiết bị nhẹ, linh hoạt và có mức công suất cao.

Khả năng sản xuất thương mại

Phát triển công nghệ perovskite từ quy mô phòng thí nghiệm sang quy mô thương mại không hề dễ dàng. Hiệu suất của pin perovskite ở quy mô phòng thí nghiệm hiện tại không kém gì so với pin mặt trời silic thương mại. Tuy nhiên, việc thương mại hóa pin perovskite vẫn phải vượt qua nhiều rào cản mới có thể cạnh tranh được với pin mặt trời silicon. Đó là vượt qua các thách thức: tuổi thọ ngắn (do vật liệu phân hủy nhanh), các nguyên tố độc hại được sử dụng trong quy trình sản xuất và độ trễ điện áp dòng điện của các tế bào perovskite.

Tiềm năng phát triển pin mặt trời perovskite trong tương lai

Đối với các tấm pin mặt trời silicon tinh thể, chúng lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1916. Nhưng phải đến tận những năm 1950 mới được ứng dụng vào lĩnh vực điện năng lượng mặt trời. Như vậy phải mất vài chục năm, các tấm pin silic mới có thể đạt được hiệu suất và tuổi thọ như hiện tại. Trong khi đó, công nghệ pin mặt trời Perovskite mới chỉ được nghiên cứu và phát triển từ năm 2009. Vì vậy để cải thiện những hạn chế và phát huy hết những điểm tích cực của pin Perovskite thì cần phải mất rất nhiều thời gian nữa.

Ngoài ra, để các tấm pin perovskite có thể sản xuất thương mại thành công thì các nhà sản xuất pin mặt trời còn phải giải quyết những thách thức của công nghệ này khi sản xuất hàng loạt. Đặc biệt cần lưu ý về hiệu quả của pin khi sản xuất với kích thước lớn. Đảm bảo hiệu suất không bị sụt giảm quá nhiều so với kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Như vậy, có thể thấy vẫn còn nhiều thách thức trong việc phát triển và đưa pin mặt trời perovskite vào các ứng dụng thực tế trong đời sống. Đòi hỏi ngành công nghiệp năng lượng phải vượt qua để đưa perovskite trở thành công nghệ vượt trội hơn so với công nghệ silic đơn tinh thể tốt nhất hiện nay.

Đã được chứng minh và sử dụng rộng rãi tại các quốc gia hàng đầu về năng lượng mặt trời trong nhiều thập kỷ, pin mặt trời silic đơn tinh thể vẫn là công nghệ tối ưu nhất ở thời điểm hiện tại. Chúng có hiệu suất hoạt động cao, thời gian sử dụng lâu dài và bền bỉ với môi trường. Trong đó, thuộc dòng pin này có tấm pin SU-02 của SUNEMIT là sản phẩm bán chạy nhất thị trường hiện nay.

Tấm pin SU-02 sở hữu những ưu điểm vượt trội bao gồm:

• Hiệu suất hoạt động đạt 21.5% nhờ được sản xuất theo công nghệ hiện đại, tiên tiến (công nghệ Mono Halfcells 100%)
• Tuổi thọ cao: Các chất liệu làm ra tấm pin đều là vật liệu tốt, có độ bền cao, giúp pin hoạt động bền bỉ dưới các điều kiện thời tiết môi trường khắc nghiệt.
• Mặt kính trong suốt có khả năng tự làm sạch khi mưa, giúp pin hấp thu được lượng ánh sáng nhiều nhất và chuyển đổi thành điện năng.
• Bảo hành lâu dài: 28 năm hiệu suất (trên 80%) và 15 năm vật lý.
• Tấm pin đạt đầy đủ các chứng chỉ chất lượng chuyên môn như: ISO 9001, ISO 14001 và OHSAS18001 cao nhất về Môi trường và An toàn sức khỏe sử dụng.

Để có thể sở hữu hệ thống điện mặt trời tiêu chuẩn với giàn pin SU-02 chất lượng, quý khách hàng có thể liên hệ với chúng tôi theo hotline 094 6868 498 – 094 396 8848 – 0826889489. Hoặc truy cập vào website sunemit.com để tìm hiểu chi tiết về các hệ thống điện mặt trời do chúng tôi cung cấp.

Phạm Hân

Phạm Hân là chuyên viên marketing tại Công ty điện mặt trời Sunemit. Với nhiều năm làm việc trong ngành marketing và 3 năm tìm hiểu về lĩnh vực điện năng lượng mặt trời, Hân hi vọng có thể mang đến cho độc giả những kiến thức bổ ích, giúp bất kỳ ai cũng có thể hiểu rõ về hệ thống để lựa chọn giải pháp điện mặt trời tối ưu.