Các nhà nghiên cứu vừa phát triển một loại pin mặt trời siêu mỏng và bán trong suốt, có khả năng biến những bề mặt kính thông thường thành các “nhà máy điện” thu nhỏ – Ảnh: Le Journal du Geek
Các tấm pin mặt trời hiện nay hoạt động hiệu quả, nhưng có một nhược điểm lớn: rất dễ nhận ra. Một nhóm nhà khoa học thuộc Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) của Singapore đang phát triển giải pháp có thể sạc xe điện mà gần như không làm thay đổi diện mạo của bề mặt được lắp đặt.
Một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Công nghệ Nanyang đã công bố loại pin mặt trời siêu mỏng mới, có khả năng tích hợp trực tiếp lên các bề mặt kính mà vẫn giữ được độ trong suốt. Công nghệ này được kỳ vọng sẽ mở ra hướng đi mới cho xe điện, khi kính chắn gió, cửa sổ hay mái kính toàn cảnh có thể trở thành nguồn tạo điện bổ sung cho xe.
Pin mặt trời “vô hình”
Thành quả của họ là một loại pin mặt trời perovskite siêu mỏng đến mức gần như khó tin. Theo nhóm nghiên cứu, lớp pin này mỏng hơn sợi tóc người khoảng 10.000 lần và mỏng hơn tới 50 lần so với các tế bào pin perovskite truyền thống.
Điều đáng chú ý là việc giảm đáng kể độ dày không đồng nghĩa với sự suy giảm hiệu suất. Theo kết quả được công bố trên tạp chí khoa học ACS Energy Letters, đây là một trong những loại pin mặt trời siêu mỏng đạt hiệu năng tốt nhất từng được ghi nhận.
Một ưu điểm khác là các tế bào pin này có tính bán trong suốt và gần như không màu. Nói cách khác, chúng có thể được tích hợp vào kính mà không khiến bề mặt đó trông giống như một tấm pin mặt trời thông thường.
Ở phiên bản tiên tiến nhất, công nghệ này cho phép khoảng 41% ánh sáng nhìn thấy đi xuyên qua trong khi vẫn tiếp tục sản xuất điện năng. Điều đó mở ra khả năng những ô cửa kính vừa cung cấp ánh sáng tự nhiên cho văn phòng, vừa góp phần vận hành hệ thống điện của tòa nhà.
“Bản thân các tòa nhà hiện chiếm khoảng 40% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu”, giáo sư Annalisa Bruno, người đứng đầu dự án nghiên cứu, cho biết.
Các bề mặt kính vẫn giữ được chức năng lấy sáng và đảm bảo tầm nhìn, nhưng đồng thời có thể tham gia sản xuất điện – Ảnh: Autoplus
Theo bà, việc biến những bề mặt vốn đã tồn tại sẵn thành nguồn sản xuất điện là hướng đi ngày càng hấp dẫn.
Đối với ô tô, công nghệ này có thể mang đến một hướng tiếp cận mới trong việc khai thác năng lượng mặt trời. Hiện nay một số hãng đã thử nghiệm mái kính tích hợp pin mặt trời, nhưng các hệ thống này thường có màu đen và làm thay đổi đáng kể thiết kế xe.
Chẳng hạn AGC Automotive Europe đã giới thiệu mái kính toàn cảnh tích hợp pin silicon với công suất từ 170 đến 380W tùy diện tích. Trong khi đó, một doanh nghiệp Trung Quốc là Hefei Puskai cũng đã trình làng kính ô tô cong tích hợp vật liệu perovskite ngay trong quá trình sản xuất.
Lợi thế của công nghệ mới từ Singapore là khả năng gần như “tàng hình”. Các lớp pin có thể được tích hợp lên kính chắn gió, cửa sổ hoặc mái kính mà không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng quan sát của người lái.
Theo một số tính toán được các nhà nghiên cứu dẫn lại, nếu một chiếc xe được phủ khoảng 10m² màng perovskite, lượng điện tạo ra mỗi ngày có thể đạt từ 6 – 8kWh trong điều kiện thuận lợi. Con số này đủ để đáp ứng nhu cầu di chuyển hằng ngày của nhiều người dùng xe điện.
Tiềm năng ứng dụng của công nghệ không chỉ giới hạn ở lĩnh vực giao thông. Các bề mặt kính của tòa nhà, vốn chiếm diện tích rất lớn tại các đô thị hiện đại, có thể được biến thành những “nhà máy điện” phân tán mà không làm thay đổi thiết kế kiến trúc.
Vẫn tạo điện khi trời nhiều mây
Một trong những lợi thế lớn của vật liệu perovskite so với pin silicon truyền thống là khả năng hoạt động ngay cả khi ánh nắng không chiếu trực tiếp lên bề mặt.
Loại pin này vẫn hoạt động trong điều kiện ánh sáng khuếch tán, trời nhiều mây hoặc khi không có ánh nắng trực tiếp – Ảnh: Tech Xplore
Ánh sáng khuếch tán hoặc bầu trời nhiều mây vẫn đủ để tạo ra điện năng. Đây là đặc điểm đặc biệt hữu ích tại các khu vực đô thị, nơi các tòa nhà thường xuyên che bóng lẫn nhau trong phần lớn thời gian trong ngày.
Công nghệ mới cũng cho phép kiểm soát chính xác độ dày của lớp màng vật liệu, đồng thời hạn chế việc sử dụng một số loại dung môi trong quá trình sản xuất.
Dù hiệu suất vẫn thấp hơn những tấm pin mặt trời truyền thống tốt nhất hiện nay, kết quả đạt được được đánh giá là rất ấn tượng nếu xét đến độ mỏng của thiết bị.
Các mẫu pin không trong suốt đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên tới 12%, trong khi phiên bản bán trong suốt đạt khoảng 7,6%.
Nhóm nghiên cứu cho rằng nếu được triển khai ở quy mô lớn, các mặt dựng kính của một tòa nhà cao tầng có thể tạo ra hàng trăm MWh điện mỗi năm. Lượng điện này đủ đáp ứng nhu cầu tiêu thụ hằng năm của khoảng 100 căn hộ có bốn phòng.
Theo ước tính, loại pin này đủ để đáp ứng nhu cầu di chuyển hằng ngày của một bộ phận người dùng xe điện – Ảnh: NTU
Dù vậy, công nghệ vẫn còn một số thách thức cần giải quyết trước khi thương mại hóa. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng hiện vẫn thấp hơn các loại pin mặt trời truyền thống, trong khi độ bền cũng cần được cải thiện để đáp ứng yêu cầu sử dụng lâu dài trên ô tô.
Trong các thử nghiệm hiện nay, tuổi thọ của tế bào pin dao động từ 4.100 – 15.400 giờ trước khi hiệu suất giảm xuống còn khoảng 80% so với ban đầu.
Nếu những hạn chế này được khắc phục, viễn cảnh xe điện tự bổ sung một phần năng lượng chỉ bằng cách đỗ ngoài trời có thể trở thành hiện thực trong tương lai không xa. Khi đó, những ô kính vốn chỉ có nhiệm vụ che chắn và lấy sáng sẽ trở thành một phần của hệ thống cung cấp năng lượng cho xe điện.
