5 năm sau Hiệp định khí hậu Paris, mọi sự chú ý đều đổ dồn về tiến bộ của thế giới trên con đường hướng tới một tương lai không-carbon. Một phần quan trọng của mục tiêu này liên quan đến việc chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn tái tạo, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, nước, gió và sóng. Trong số đó, năng lượng mặt trời luôn được giới khoa học kì vọng nhiều nhất vì là nguồn năng lượng dồi dào và đáng tin cậy nhất trên Trái đất. Trong những thập kỷ gần đây, chi phí pin mặt trời đã trở nên rẻ hơn, hiệu quả và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, các loại pin mặt trời hiện nay có xu hướng màu mờ đục. Điều này ngăn cản việc sử dụng rộng rãi hơn trong việc tích hợp chúng vào các vật liệu hàng ngày, xếp trên mái nhà và trong các trang trại năng lượng mặt trời ở xa.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu các tấm pin mặt trời thế hệ tiếp theo có thể được tích hợp vào cửa sổ, tòa nhà hoặc thậm chí màn hình điện thoại di động? Đó là hy vọng của Giáo sư Joondong Kim đến từ Khoa Kỹ thuật Điện trường Đại học Quốc gia Incheon, Hàn Quốc. Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên Tạp chí Power Sources, ông và các đồng nghiệp đã trình bày chi tiết về phát minh mới nhất của mình: loại pin mặt trời hoàn toàn trong suốt. Giáo sư Kim cho biết: “Các tính năng độc đáo của loại pin quang điện trong suốt có thể được đưa vào nhiều ứng dụng khác nhau trong công nghệ của con người."

Ý tưởng về pin mặt trời trong suốt đã được nhiều người biết đến, nhưng việc đưa ý tưởng này thành thực tế là một phát hiện mới vô cùng quan trọng. Hiện tại, các loại vật liệu làm cho pin mặt trời trở nên mờ đục là các lớp bán dẫn - những lớp có nhiệm vụ thu nhận ánh sáng và chuyển nó thành dòng điện. Do đó, Giáo sư Kim và các đồng nghiệp của ông đã xem xét nghiên cứu hai vật liệu bán dẫn tiềm năng mà trước đó các nhà nghiên cứu đã xác định về các đặc tính mong muốn của chúng.

Đầu tiên là titanium dioxide (TiO₂), một chất bán dẫn đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất pin mặt trời. Ngoài các đặc tính điện tuyệt vời, TiO₂ còn là một vật liệu thân thiện với môi trường và không độc hại. Vật liệu này hấp thụ tia UV (một phần của quang phổ ánh sáng không nhìn thấy bằng mắt thường) trong khi cho phép đi qua hầu hết dải ánh sáng nhìn thấy. Vật liệu thứ hai được nghiên cứu để tạo ra mối nối này là niken oxit (NiO), một chất bán dẫn khác được biết là có độ trong suốt quang học cao. Vì niken là một trong những nguyên tố có nhiều trên Trái đất và oxit của nó có thể dễ dàng được sản xuất ở nhiệt độ công nghiệp thấp, NiO cũng là một vật liệu tuyệt vời để tạo ra các tấm pin thân thiện với môi trường.

Pin mặt trời do các nhà nghiên cứu chế tạo được cấu tạo bởi một đế thủy tinh và một điện cực oxit kim loại, trên đó chúng lắng đọng các lớp mỏng của chất bán dẫn (đầu tiên là TiO₂, sau đó là NiO) và một lớp phủ cuối cùng là các dây nano bạc, hoạt động như một điện cực khác trong pin. Các nhà khoa học đã thực hiện một số thử nghiệm để đánh giá khả năng hấp thụ và truyền ánh sáng của thiết bị, cũng như hiệu quả của nó như pin mặt trời thông thường.

Những phát hiện này rất đáng khích lệ. Với hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 2,1% - điều này chứng tỏ hiệu suất của pin là khá tốt. Loại pin này cũng có độ phản hồi cao và hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu. Hơn nữa, hơn 57% ánh sáng nhìn thấy được truyền qua các lớp của tế bào, cho thấy khía cạnh “trong suốt” của loại pin này. Trong phần cuối cùng của thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã chứng minh cách thiết bị của họ có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho một động cơ nhỏ. Giáo sư Kim gợi ý: “Mặc dù loại pin mặt trời cải tiến này vẫn còn đang trong giai đoạn sơ khai, nhưng kết quả của chúng tôi cho thấy rằng có thể cải tiến hơn nữa đối với quang điện trong suốt bằng cách tối ưu hóa các đặc tính quang và điện của pin."

Giờ đây, họ đã chứng minh được tính thực tiễn của pin mặt trời trong suốt, với hy vọng sẽ cải thiện hơn nữa hiệu quả của nó trong tương lai gần. Chỉ những nghiên cứu sâu hơn mới có thể biết liệu chúng có thực sự trở thành hiện thực hay không, nhưng về mặt mục đích, công nghệ mới này mở ra một “cánh cửa” - khá đúng theo nghĩa đen - vào tương lai của năng lượng sạch. 

Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/01/210105104839.htm