Tìm hiểu Pin mặt trời Perovskite và so sánh với các công nghệ khác có trên thị trường | KT Solar

Hiện nay, phần lớn các tấm pin mặt trời được sản xuất bằng silicon tinh thể (c-Si) hoặc pin mặt trời màng mỏng, nhưng một loại vật liệu mới đang nổi lên mạnh mẽ, có thể thay thế hoàn toàn công nghệ cũ trong tương lai: perovskite.

Đây là một dạng vật liệu bán dẫn có khả năng tạo ra pin mặt trời hiệu suất cao, chi phí thấp, lại dễ sản xuất và nhẹ hơn đáng kể so với silicon truyền thống.

1. Pin Mặt Trời Perovskite Là Gì?

Perovskite là tên gọi chung cho một nhóm vật liệu có cấu trúc tinh thể đặc biệt, trong đó tiêu biểu là methylammonium lead triiodide (CH₃NH₃PbI₃). Ban đầu được nghiên cứu từ năm 2006 và công bố rộng rãi vào năm 2009, pin mặt trời perovskite đã nhanh chóng đạt hiệu suất trên 30%, chỉ sau hơn một thập kỷ phát triển – điều mà công nghệ c-Si phải mất hàng chục năm mới đạt được.

2. Ưu Điểm Nổi Bật Của Pin Perovskite

• Hiệu suất hấp thụ cao: Có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn nhờ hệ số hấp thụ vượt trội.

• Chi phí thấp: Sản xuất ở nhiệt độ thấp, quy trình đơn giản hơn so với silicon.

• Trọng lượng nhẹ: Phù hợp với các bề mặt không chịu tải trọng cao.

• Linh hoạt: Có thể chế tạo thành tấm dẻo, tích hợp vào cửa kính, quần áo, thiết bị di động.

  

3. Cấu Trúc Pin Mặt Trời Perovskite

Pin mặt trời perovskite gồm các lớp sau:

• Lớp hấp thụ ánh sáng (Perovskite Layer): Thành phần chính, tạo ra các electron và lỗ trống khi tiếp xúc ánh sáng.

• Lớp dẫn electron (ETL): Dẫn electron về cực âm.

• Lớp dẫn lỗ trống (HTL): Dẫn lỗ trống về cực dương.

• Điện cực: Thường dùng Au, Al, ITO, tùy theo kiến trúc n-i-p hay p-i-n.

Các phương pháp chế tạo phổ biến:

• Lắng đọng một bước

• Lắng đọng hai bước

• Bay hơi nhiệt

• Lắng đọng hỗ trợ hơi

4. Pin Perovskite Hoạt Động Như Thế Nào?

Tương tự như pin mặt trời silicon, perovskite hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện. Khi ánh sáng chiếu vào lớp perovskite:

• Electron bị kích thích thoát khỏi nguyên tử.

• Tạo thành cặp electron-lỗ trống.

• Electron chạy qua tải sinh ra dòng điện một chiều.

• Cuối cùng, electron quay lại lấp đầy lỗ trống qua ETL.

Tuy nhiên, quá trình này dễ bị tổn thất do hiện tượng tái hợp bề mặt – một điểm yếu cần cải thiện.

5. Thách Thức Trong Việc Thương Mại Hóa

Pin mặt trời perovskite màng mòng và pin mặt trời perovskite kết hợp c-Si

Dù có nhiều tiềm năng, pin mặt trời perovskite vẫn chưa thể sản xuất hàng loạt rộng rãi do:

• Tuổi thọ thấp: Chưa đạt được độ bền cao như silicon (chỉ vài năm).

• Độ ổn định kém: Nhạy cảm với độ ẩm, oxy và tia UV.

• Chứa chì: Gây lo ngại về môi trường nếu không xử lý đúng cách.

Các phòng nghiên cứu trên thế giới đang tìm cách khắc phục những yếu tố này để đưa perovskite ra thị trường đại chúng.

6. So Sánh Pin Perovskite Với Silicon Truyền Thống

7. Ứng Dụng Tiềm Năng Trong Tương Lai

Pin mặt trời perovskite có thể được dùng trong:

• Tấm pin tích hợp vào kính (BIPV)

• Thiết bị di động, drone, xe điện nhẹ

• Cảm biến và IoT năng lượng tự cấp

• Kết hợp lai với silicon để tăng hiệu suất
  

  

   

Kết Luận

Pin mặt trời perovskite là một trong những công nghệ quang điện thú vị nhất hiện nay. Với hiệu suất cao, chi phí thấp và tiềm năng ứng dụng linh hoạt, chúng có thể trở thành làn sóng công nghệ năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, việc khắc phục các hạn chế về tuổi thọ và độ ổn định là yếu tố then chốt để công nghệ này bước ra khỏi phòng thí nghiệm và đi vào đời sống.

Các tập đoàn lớn trong ngành năng lượng, bao gồm cả GCL (Golden Concord Group Limited) – một trong những nhà sản xuất wafer và module pin mặt trời hàng đầu Trung Quốc – cũng đang thể hiện sự quan tâm đặc biệt đến công nghệ Perovskite. Dù GCL hiện vẫn tập trung vào mảng silicon tinh thể, đặc biệt là polysilicon và cell PERC, nhưng với tốc độ phát triển nhanh chóng của perovskite, không loại trừ khả năng GCL sẽ tham gia sâu vào mảng này trong tương lai gần, thông qua đầu tư, hợp tác R&D hoặc sản xuất thử nghiệm.

Một số viện nghiên cứu và startup năng lượng trên thế giới đã đạt hiệu suất lên đến 25–30% cho các tấm pin perovskite nhiều lớp (tandem), vượt qua giới hạn hiệu suất của cell silicon đơn thuần. Với chi phí vật liệu thấp, quy trình sản xuất linh hoạt và tiềm năng tích hợp với các công nghệ hiện tại, perovskite hứa hẹn sẽ là “cuộc cách mạng kế tiếp” trong lĩnh vực năng lượng mặt trời – nơi các ông lớn như GCL chắc chắn sẽ không đứng ngoài cuộc chơi.