Pin mặt trời silic màng mỏng lập kỷ lục hiệu suất ổn định mới

Pin mặt trời silic màng mỏng thường gặp thách thức trong việc so sánh hiệu suất do sự xuống cấp theo thời gian và các định nghĩa khác nhau. Điều này tạo ra sự không chắc chắn về khả năng hoạt động lâu dài và độ tin cậy của chúng, gây thách thức cho người dùng và các nhà phát triển công nghệ. Tuy nhiên, một nghiên cứu đột phá đã công bố kỷ lục hiệu suất ổn định 13.6% cho pin năng lượng mặt trời silic màng mỏng ba lớp chuyển tiếp, vượt qua mọi kỷ lục trước đó nhờ công nghệ bẫy ánh sáng tiên tiến, mở ra tiềm năng lớn cho ngành năng lượng sạch. Nghiên cứu này hứa hẹn cải thiện đáng kể độ bền và hiệu quả của các giải pháp năng lượng tái tạo.

Pin năng lượng mặt trời silic

“Đôi khi hiệu suất của pin năng lượng mặt trời gây ra sự nhầm lẫn do có một số định nghĩa”, Sai giải thích. “Nói chung, tất cả các loại pin năng lượng mặt trời đều có mức độ xuống cấp khác nhau khi tiếp xúc kéo dài với ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ, v.v… Tuy nhiên, hầu hết pin năng lượng mặt trời được đánh giá theo hiệu suất ‘đầu tiên’ của chúng. Nếu pin năng lượng mặt trời tương đối ổn định, chẳng hạn như pin năng lượng mặt trời silic tinh thể, sự đánh giá này có thể chấp nhận được. Tuy nhiên, silic vô định hình được biết là có sự xuống cấp đáng kể khi tiếp xúc kéo dài với ánh sáng, được gọi là hiệu ứng Steabler-Wronski. Để thực hiện một so sánh công bằng trong lĩnh vực này, chúng tôi so sánh hiệu suất pin năng lượng mặt trời sau một quy trình phơi sáng phổ biến”.

Nhiều yếu tố có khả năng góp phần vào sự xuống cấp do ánh sáng gây ra trong các pin năng lượng mặt trời silic mặc dù cơ chế chính xác vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Một phương pháp thiết kế để giảm thiểu sự xuống cấp do ánh sáng gây là chế tạo pin năng lượng mặt trời trên các chất nền có cấu trúc tổ ong.

Cho đến nay, các cấu trúc tổ ong đã được sử dụng chủ yếu cho pin năng lượng mặt trời một lớp chuyển tiếp được làm từ một loại vật liệu bán dẫn duy nhất và do đó có thể hấp thụ ánh sáng chỉ có một bước sóng.

Trong bài báo mới đây, các nhà khoa học cho biết nghiên cứu gần đây cho thấy các cấu trúc tổ ong cũng có thể được sử dụng để phát triển pin năng lượng mặt trời đa lớp chuyển tiếp. Do loại pin này được chế tạo từ nhiều loại vật liệu bán dẫn, chúng có thể hấp thụ được nhiều bước sóng ánh sáng. So với pin năng lượng mặt trời một lớp chuyển tiếp, pin năng lượng mặt trời đa lớp chuyển tiếp được chế tạo ở đây có hiệu ứng bẫy ánh sáng rất cao do có cấu trúc tổ ong.

Để nâng cao hơn nữa hiệu suất này, các nhà nghiên cứu cũng kiểm soát cẩn trọng giai đoạn hình thành cấu trúc tổ ong, kết hợp với một màng chống phản xạ dựa trên một cấu trúc mắt sâu bướm và đặt vào ba lớp chuyển tiếp để tối đa hóa hiệu suất, trong số các chiến lược khác.

Khi thử nghiệm pin năng lượng mặt trời trong phòng thí nghiệm riêng của họ, các nhà nghiên cứu thu được hiệu xuất ban đầu và hiệu suất ổn định lần lượt là khoảng 14,5% và 13,8%, cho thấy sự suy giảm hiệu suất do ánh sáng gây ra ít hơn 5%. Pin năng lượng mặt trời do AIST thử nghiệm độc lập thu được hiệu suất ổn định thấp hơn một chút là 13,6%.

Các nhà nghiên cứu giải thích rằng sự khác biệt này có thể phát sinh từ sự khác biệt của thiết bị mô phỏng mặt trời được sử dụng trong thí nghiệm: Phòng thí nghiệm riêng của các nhà khoa học sử dụng thiết bị mô phỏng mặt trời có hai bóng đèn, nhiều bước sóng xanh hơn so với thiết bị mô phỏng mặt trời có ba bóng đèn chính xác hơn được sử dụng trong phòng thí nghiệm của AIST.

Mặc dù đã thiết lập một kỷ lục mới, các nhà nghiên cứu tin rằng vẫn còn nhiều chỗ cần cải tiến, đặc biệt là bằng cách cải thiện hiệu suất của lớp trên cùng của pin năng lượng mặt trời ba lớp và bằng cách giải quyết sự không phù hợp quang phổ.

Nếu được cải thiện, họ dự đoán rằng phương pháp này sẽ đạt được hiệu suất ổn định trên 14% trong tương lai gần. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu dự định áp dụng kỹ thuật mới này vào bẫy ánh sáng cho các pin năng lượng mặt trời silic wafer thông thường.

Xem thêm:

• Các tấm pin mặt trời siêu mỏng sẽ sớm xuất hiện khắp mọi nơi
• Hiệu suất pin mặt trời ngày càng tăng ấn tượng trong các nghiên cứu mới
• Điều gì sẽ xảy ra với tấm pin năng lượng mặt trời khi hết vòng đời?

N.L.H – vista (theo Sciencedaily, 1/6/2015)

Câu hỏi thường gặp về pin năng lượng mặt trời silic màng mỏng:

Hiệu suất kỷ lục mới của pin năng lượng mặt trời silic màng mỏng là bao nhiêu?: Các nhà khoa học đã báo cáo hiệu suất ổn định kỷ lục thế giới là 13,6% cho pin năng lượng mặt trời silic màng mỏng ba lớp chuyển tiếp.

Công nghệ bẫy ánh sáng đóng vai trò gì trong việc cải thiện hiệu suất?: Công nghệ bẫy ánh sáng tiên tiến cho phép đạt được mật độ quang điện cao với lớp hấp thụ vi tinh thể mỏng, giúp nâng cao dòng quang và hiệu suất của pin năng lượng mặt trời.

“Hiệu suất ổn định” của pin năng lượng mặt trời là gì?: Hiệu suất ổn định là hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) có tính đến sự xuống cấp do ánh sáng gây ra, cung cấp cái nhìn thực tế hơn về khả năng hoạt động lâu dài của pin.

Những tổ chức/công ty nào đã tham gia vào nghiên cứu này?: Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ AIST, PVTEC, Sharp, Panasonic và Mitsubishi.

Pin năng lượng mặt trời silic màng mỏng có thể đạt được hiệu suất cao hơn trong tương lai không?: Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng với một vài cải tiến hợp lý, hiệu suất ổn định có thể được đẩy lên trên 14% trong tương lai gần.