Hiệu suất chuyển đổi ánh nắng thành điện năng của pin mặt trời hiện còn quá thấp (chưa tới 20%) trong khi giá thành sản xuất và lắp đặt lại cao. Vì vậy, giới khoa học vẫn nghiên cứu những giải pháp mới hiệu quả hơn và 5 cải tiến sau đây được kỳ vọng sẽ làm thay đổi công nghệ quang năng thời gian tới:
Khoáng vật Perovskite
Đây là một loại khoáng chất trong đất và được đặt theo tên của nhà khoáng vật học người Nga Lev Perovski. Từ năm 2009, các nhà nghiên cứu trên thế giới, bao gồm Đại học Oxford (Anh) và Viện công nghệ liên bang Thụy Sĩ tại Lausanne (EPFL), bắt đầu chú ý đến khả năng hấp thụ năng lượng từ ánh sáng cực tốt của perovskite. Cho đến nay, "cơn sốt" perovskite vẫn tiếp diễn.
|
Perovskite có khả năng hấp thụ năng lượng từ ánh sáng cực tốt.
|
Sau khi khám phá ra hoạt tính của perovskite, nhóm nghiên cứu do chuyên gia Michael Graetzel tại EPFL dẫn đầu đã phát triển loại pin mặt trời mới và những ứng dụng tiềm năng hỗ trợ cho các tấm pin hiện hành. "Bạn có thể đặt perovskite lên trên tấm pin silicon truyền thống để tăng hiệu suất của chúng. Đây là cách ít tốn kém và có thể trở thành ứng dụng hấp dẫn để chúng trở nên hiệu quả hơn", ông Graetzel nói.
Ưu điểm lớn nhất của perovskite là nó khá phổ biến trong tự nhiên và rẻ hơn silicon dùng trong pin quang năng hiện nay. Do vậy, perovskite được kỳ vọng sẽ giúp tạo ra pin mặt trời hiệu quả và đa dụng, đáp ứng nhu cầu năng lượng trong tương lai.
Công nghệ hội tụ ánh sáng
Thông thường, việc hội tụ ánh nắng vào tấm pin quang điện cần phải có hệ thống gương cùng thấu kính được thiết kế đặc biệt và phải di chuyển liên tục theo hướng mặt trời. Nếu loại bỏ được chi phí này, giá thành sản phẩm sẽ giảm đáng kể.
|
Công nghệ hội tụ ánh sáng cần phải có hệ thống gương cùng thấu kính được thiết kế đặc biệt và phải di chuyển liên tục theo hướng mặt trời.
|
Thiết kế mới của Glint Photonics, với khả năng tập trung và tích trữ ánh nắng để sản xuất điện, được xem là giải pháp khả thi để khắc phục vấn đề chi phí cao nhưng hiệu quả thấp của pin Mặt trời. Theo đó, các thiết bị hội tụ ánh sáng sẽ tự động theo dõi ánh nắng và có thể thay đổi hệ số phản chiếu tùy vào hướng mặt trời, cho phép nó tập trung năng lượng và tích trữ trong pin.
Chế tạo pin mặt trời từ pin xe hơi cũ
Đây là thành quả ứng dụng của Angela Belcher và nhóm cộng sự tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Trong đó, họ sử dụng chì tái chế từ pin xe cũ như một nguồn vật liệu thay thế trong pin mặt trời làm từ perovskite. Vì vật liệu perovskite chỉ dày vài micromét nên lượng chì cần dùng cũng ít. Chì trong một bộ pin xe hơi có thể đủ sản xuất số pin quang năng dùng để cung cấp điện cho 30 hộ gia đình. Việc tái sử dụng chì trong pin xe hơi còn có tác dụng bảo vệ môi trường.
|
Chì tái chế từ pin xe cũ được sử dụng như một nguồn vật liệu thay thế trong pin mặt trời.
|
Pin năng lượng mặt trời trong suốt
Việc nhóm chuyên gia tại Đại học Michigan (Mỹ), do Phó giáo sư khoa công nghệ hóa học và khoa học vật liệu Richard Lunt dẫn đầu, chế tạo thành công pin quang năng trong suốt mở ra tiềm năng ứng dụng phong phú cho pin mặt trời trên máy tính, điện thoại hay các tòa nhà.
|
Pin quang năng trong suốt mở ra tiềm năng ứng dụng phong phú cho pin mặt trời trên máy tính, điện thoại hay các tòa nhà.
|
Nhóm của Phó giáo sư Lunt đã thay thế vật liệu silicon trong hệ thống pin quang năng bằng các phân tử hữu cơ có khả năng hấp thụ các bước sóng không nhìn thấy, chẳng hạn tia cực tím và tia hồng ngoại gần. Mặc dù công nghệ còn mới và đạt hiệu suất chưa cao nhưng giải pháp này được tin tưởng sẽ có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực thương mại và công nghiệp.
Pin năng lượng mặt trời tự làm mát
Một hạn chế đáng kể của pin quang năng là chúng quá nóng khiến hiệu suất sử dụng và tuổi thọ pin giảm đáng kể. Để khắc phục, nhóm nghiên cứu trường Đại học Stanford (Mỹ) đã phát triển một hệ thống gồm các tấm pin bình thường nhưng được tráng một lớp kính đặc biệt làm từ silica siêu mỏng.
|
Hệ thống gồm các tấm pin bình thường nhưng được tráng một lớp kính đặc biệt làm từ silica siêu mỏng.
|
Lớp vật liệu silica này được thiết kế chỉ dày vài micromét và có hình tháp nhọn nhằm phản chiếu các tia bức xạ hồng ngoại vào không trung, giúp các tấm pin Mặt trời tán nhiệt nhưng vẫn đảm bảo khả năng hấp thu ánh nắng và sản xuất điện năng. Nhóm nghiên cứu cho biết họ đang kiểm chứng khả năng tự hạ nhiệt của hệ thống nguyên mẫu và hy vọng nó sẽ sớm được áp dụng vào thực tế.