Các nhà khoa học tại Singapore đã phát triển loại pin mặt trời siêu mỏng có khả năng biến cửa kính ô tô, mặt kính các tòa nhà chọc trời hay thậm chí kính thông minh thành bề mặt tạo ra điện năng.

Theo đó, nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) chế tạo thành công pin mặt trời perovskite bán trong suốt với độ dày chỉ bằng khoảng 1/10.000 sợi tóc người. Dù có kích thước cực nhỏ, thiết bị này vẫn đạt hiệu suất thuộc nhóm cao nhất từng được ghi nhận đối với công nghệ pin mặt trời perovskite siêu mỏng.

Kết quả nghiên cứu phản ánh xu hướng ngày càng mạnh mẽ trong việc biến các bề mặt thường nhật thành nguồn năng lượng sạch. Theo các nhà khoa học, công nghệ này trong tương lai có thể giúp các tòa nhà, phương tiện giao thông và thiết bị điện tử đeo trên người tự tạo ra điện mà không cần thay đổi đáng kể thiết kế hiện có.

Nghiên cứu cũng mở ra viễn cảnh các đô thị có thể sản xuất thêm năng lượng tái tạo mà không cần mở rộng quỹ đất hay lắp đặt thêm hệ thống pin mặt trời cồng kềnh trên mái nhà.

“Ẩn” pin mặt trời trong kính

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế các tế bào pin sao cho gần như “vô hình” nhưng vẫn tạo ra điện năng. Nhờ đặc tính bán trong suốt và không làm đổi màu kính, công nghệ này có thể dễ dàng tích hợp vào các tòa nhà văn phòng, cửa sổ hoặc mặt dựng bằng kính hơn so với các tấm pin mặt trời truyền thống.

Các tế bào pin sử dụng vật liệu perovskite - loại vật liệu nổi tiếng nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng hiệu quả với chi phí sản xuất thấp hơn silicon. Khác với pin mặt trời truyền thống, thiết bị mới vẫn có thể tạo điện trong điều kiện ánh sáng gián tiếp hoặc khuếch tán.

Đây được xem là lợi thế đáng kể tại các đô thị đông đúc, nơi những tòa nhà cao tầng thường che khuất ánh nắng trực tiếp.

Theo nhóm nghiên cứu, các cao ốc văn phòng với mặt ngoài bằng kính trong tương lai có thể tự bù đắp một phần nhu cầu điện năng nhờ công nghệ này. Những ước tính ban đầu cho thấy một số công trình có khả năng tạo ra hàng trăm megawatt-giờ điện mỗi năm nếu công nghệ được mở rộng thành công.

Lớp pin siêu mỏng được tạo trong môi trường chân không

Để sản xuất pin, nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp bay hơi nhiệt - quy trình công nghiệp trong đó vật liệu được nung nóng trong buồng chân không đến khi bay hơi rồi lắng đọng thành các lớp màng mỏng.

Phương pháp này cho phép tạo ra các lớp perovskite đồng đều với độ dày chỉ khoảng 10nm. Đồng thời, quy trình cũng tránh sử dụng các dung môi độc hại vốn thường xuất hiện trong sản xuất pin mặt trời, qua đó có thể giúp đơn giản hóa quá trình thương mại hóa quy mô lớn trong tương lai.

Các nhà khoa học đã chế tạo cả phiên bản mờ đục lẫn bán trong suốt bằng cách điều chỉnh độ dày lớp perovskite. Các mẫu mờ đục đạt hiệu suất từ 7% đến 12%, tùy thuộc độ dày.

Trong khi đó, phiên bản bán trong suốt cho phép 41% ánh sáng nhìn thấy đi qua nhưng vẫn chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện với hiệu suất 7,6%.

Nhóm nghiên cứu cho biết đây là một trong những kết quả tốt nhất từng được công bố đối với pin perovskite bán trong suốt sử dụng vật liệu tương tự. Luke White, tác giả chính của nghiên cứu, nhận định công nghệ này có thể mở đường cho các loại kính cửa sổ tạo điện hoặc nhiều mô hình kiến trúc bền vững khác.