Để cải thiện hiệu suất pin mặt trời khi Loại pin silicon hiện nay đã đạt đến gần mức giới hạn về hiệu suất, các nhà khoa học đã phát hiện ra một vật liệu mới có cấu trúc Perovskite hiệu quả hơn. Vậy pin mặt trời Perovskite có ưu nhược điểm gì? Tiềm năng phát triển của loại pin này ra sao? Tất cả sẽ được giải đáp trong bài viết dưới đây, cùng dienmattroivietnam.com tìm hiểu ngay nhé!
Pin mặt trời Perovskite là gì?
Perovskite là tên gọi chung của các vật liệu có cấu trúc tinh thể tương tự như gốm calci titanat (CaTiO3). Do đó, pin mặt trời Perovskite là một loại pin sử dụng vật liệu có cấu trúc Perovskite. Loại vật liệu này có nhiều trong tự nhiên hơn, dễ khai thác và có chi phí sản xuất rẻ hơn so với pin mặt trời silicon.
Ngoài ra, vật liệu Perovskite cung cấp khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn. So với pin silicon có hiệu suất giới hạn 29.1% thì pin mặt trời Perovskite đã đạt mức 33.9% chỉ sau một thời gian ngắn và dự kiến hiệu suất sẽ còn được cải thiện hơn nữa.
- Hiệu suất của pin mặt trời Perovskite đã tăng nhanh chóng từ 3% vào năm 2009 lên mức hơn 26.1% vào năm 2023.
- Trong khi pin silicon phải mất tới hàng chục năm để chuyển từ hiệu suất 4% từ năm 1954 lên gần mức hiệu suất giới hạn 29.1% như hiện nay.
Ngoài ra, Perovskite có thể kết hợp với các vật liệu khác để tạo ra hiệu suất chuyển đổi cao hơn. Điển hình là sự kết hợp giữa perovskite và silicon để tạo ra Pin mặt trời song song có hiệu suất đạt gần 34%. Hoặc pin mặt trời song song perovskite/perovskite cũng có thể đạt tới 29.1%.
Ưu điểm của pin Perovskite so với pin mặt trời thông thường
So với pin mặt trời truyền thống như pin PERC, TOPCon, IBC và HJT, pin mặt trời Perovskite sở hữu những ưu điểm sau:
Hiệu suất cao: Hiệu suất chuyển đổi tối đa theo lý thuyết của pin perovskite loại đơn tiếp giáp (1 lớp vật liệu perovskite) có thể đạt tới 31%, trong khi pin perovskite đa tiếp giáp (nhiều lớp vật liệu khác nhau tạo thành nhiều lớp tiếp giáp p-n) có thể đạt tới hiệu suất lý thuyết 45%, vượt xa giới hạn hiệu suất của pin silicon là 29.1%.
Chi phí thấp: Đối với các tấm pin mặt trời silicon, để sản xuất các tấm pin hiệu quả thì đòi hỏi silicon phải có độ tinh khiết cao 99,99%. Trong khi đó, các tấm pin perovskite chỉ cần có độ tinh khiết khoảng 90%. Nhờ đó mà chi phí sản xuất pin perovskite đã rẻ hơn đáng kể.
Ứng dụng rộng rãi: Pin mặt trời perovskite có đặc tính nhẹ và linh hoạt nên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như các tấm pin quang điện lắp đặt ở cửa sổ các tòa nhà cao ốc, hay trên các phương tiện di chuyển hoặc thiết bị di động.
Những hạn chế và thách thức của pin mặt trời Perovskite
Bên cạnh những tính năng đầy hứa hẹn, pin mặt trời Perovskite cũng tồn tại những hạn chế và phải đối mặt với những thách thức trước khi chúng được sản xuất thương mại và cung cấp ra thị trường.
Độ bền thấp: Do cấu trúc Perovskite có thể phân hủy khi gặp độ ẩm, oxy, nhiệt độ và ánh sáng trong thời gian dài nên tuổi thọ của loại pin này chỉ khoảng vài tháng đến 1 năm. Thấp hơn đáng kể so với pin silicon có tuổi thọ trung bình từ 25 – 30 năm.
Hiệu suất có thể giảm khi sản xuất ở quy mô lớn: Các cell pin Perovskite trong phòng thí nghiệm được sản xuất với diện tích nhỏ và có thể đạt hiệu suất cao. Nhưng khi mở rộng diện tích, mức hiệu suất này có thể sẽ giảm.
Thách thức trong sản xuất thương mại: Hiệu suất của pin Perovskite ở trong phòng thí nghiệm có thể cao hơn so với pin mặt trời truyền thống. Tuy nhiên, về tuổi thọ và hiệu suất ở quy mô thương mại thì pin Perovskite vẫn còn nhiều hạn chế. Do đó, để đưa pin mặt trời Perovskite vào sản xuất thương mại và sử dụng cho các ứng dụng thực tế thì đòi hỏi vấn đề này cần được giải quyết.
Tiềm năng của pin mặt trời Perovskite trong tương lai
Pin năng lượng mặt trời ngày càng phát triển nhưng vấn đề về hiệu suất và giá thành vẫn được người dùng quan tâm hơn cả. Do đó, để đáp ứng nhu cầu người dùng, các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu để tìm ra loại pin mặt trời hiệu quả, có hiệu suất cao và chi phí sản xuất thấp hơn.
Đáp ứng được cả 2 yếu tố này, pin mặt trời Perovskite vừa có hiệu suất chuyển đổi cao hơn, vừa có giá thành thấp hơn so với các loại pin silicon hiện tại. Vật liệu Perovskite mang đến khả năng chuyển đổi năng lượng tốt hơn, đồng thời chúng có nhiều hơn ở tự nhiên nên chi phí để sản xuất sẽ rẻ hơn.
Ngoài ra, với đặc tính linh hoạt, pin mặt trời có thể sản xuất trên đa dạng các loại vật liệu như giấy, nhựa, vải… nhờ đó nó có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực cũng như bề mặt khác nhau, chẳng hạn như trên các thiết bị điện tử, các thiết bị di động, hoặc trên các bề mặt như tường, cửa sổ…
Tuy nhiên, nhược điểm của loại pin này là về độ bền và tính ổn định khi sản xuất ở quy mô thương mại, điều này khiến pin Perovskite hiện tại vẫn chỉ hoạt động ở trong các phòng thí nghiệm. Dù vậy, loại pin này mới chỉ được phát triển trong thời gian gần đây và đã đạt được những tiến bộ đáng kể. Các nhà khoa học vẫn đang trong quá trình nghiên cứu để cải thiện tuổi thọ cho vật liệu Perovskite.
Như vậy, với những bước tiến nhanh chóng trong sản xuất pin mặt trời Perovskite, nếu các vấn đề về tuổi thọ và độ ổn định được giải quyết, vật liệu này có thể sẽ mở ra kỷ nguyên mới cho ngành năng lượng mặt trời.