Pin mặt trời hữu cơ mới lập kỷ lục thế giới về hiệu suất

Một nhóm nghiên cứu từ Đức và Trung Quốc đã lập kỷ lục mới về hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các mô-đun quang điện hữu cơ (OPV) với tỷ lệ 12,6% trên diện tích 26 cm2.

Các nhà khoa học từ Đại học Friedrichifer Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU, Đức), Trung tâm nghiên cứu năng lượng ứng dụng (ZAE) của bang Bavaria, Đức và Viện Năng lượng tái tạo Helmholtz Erlangen-Nürnberg (HI ERN), một chi nhánh của Forschungszentrum Jülich (thuộc Hiệp hội các Trung tâm nghiên cứu Đức Helmholtz), hợp tác với Đại học Công nghệ Nam Trung Quốc (SCUT) đã thiết kế một mô-đun OPV với hiệu suất 12,6% trên diện tích 26cm², vượt 30% hiệu suất so với kỷ lục thế giới trước đây là 9,7%.

Tiến sĩ Andreas Distler, ZAE Bayern, với mô-đun năng lượng mặt trời hữu cơ tại Trung tâm Solar Factory of the Future.

Đây là giá trị hiệu quả cao nhất từng được ghi nhận cho một mô-đun quang điện hữu cơ. Nó được xác nhận bằng phép đo hiệu chuẩn được chứng nhận trong các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn của phòng thí nghiệm chứng nhận độc lập Fraunhofer ISE (Freiburg) vào tháng 9-2019. Mô-đun đa bào được phát triển tại Trung tâm Solar Factory of the Future (Nhà máy mặt trời của tương lai) đặt tại Cơ sở Nghiên cứu Năng lượng Nürnberg (EnCN) trong một phòng thí nghiệm màng phủ với chương trình thử nghiệm megawatt duy nhất cho quang điện màng mỏng, được thiết kế và thực hiện với sự hỗ trợ tài chính của Bộ Kinh tế bang Bavaria (CHLB Đức).

Sự đột phá này cho thấy Bavaria không chỉ là người đi đầu trong sự tiến bộ của việc lắp đặt quang điện, mà còn chiếm vị trí hàng đầu trong việc phát triển các công nghệ trong tương lai, ông Hubert Aiwanger, Bộ trưởng Kinh tế, Phát triển Vùng và Năng lượng của Bavaria nhấn mạnh.

Pin mặt trời hữu cơ thường bao gồm hai thành phần hữu cơ khác nhau, sở hữu các tính chất bán dẫn cần thiết. Trái ngược với silicon được sử dụng thông thường, vốn được sản xuất bởi các quá trình nóng chảy tốn nhiều năng lượng, vật liệu hữu cơ có thể được đưa trực tiếp lên màng film hoặc thủy tinh để chứa chúng.

Một mặt, điều này giúp giảm chi phí sản xuất, mặt khác, việc sử dụng vật liệu linh hoạt, nhẹ cho phép thực hiện nhiều ứng dụng mới, như thiết bị di động hoặc quần áo, ngay cả khi hiệu quả chưa thể so sánh với pin mặt trời silicon truyền thống.

Theo Giáo sư Christoph Brabec, Đại học FAU, Giám đốc Viện HI ERN, và Giám đốc khoa học của Trung tâm Solar Factory of the Future: “Đây là cột mốc quan trọng trong nghiên cứu chất bán dẫn hữu cơ cho thấy những phát triển hiệu suất mới nhất với các hiệu quả của tế bào được chứng nhận trên 16%, không còn bị giới hạn ở quy mô phòng thí nghiệm, mà sẵn sàng mở rộng đến mức mô-đun theo mẫu”.

Với thiết kế của họ, hiệu quả của các mô-đun quang điện lắp ráp hoàn chỉnh luôn thấp hơn một chút so với các tế bào riêng lẻ. Ví dụ, một phần của khu vực mô-đun luôn không hoạt động vì nó được sử dụng để kết nối các ô riêng lẻ. Với diện tích mô đun tăng, tổn thất do điện trở của điện cực cũng tăng theo.

Mô-đun ghi nhận bao gồm mười hai ô được kết nối tuần tự và có hệ số lấp đầy hình học là hơn 95%. Ở phần này của khu vực mô-đun đóng góp tích cực vào việc phát điện. Đối với khu vực hoạt động của nó, mô-đun thậm chí đạt được hiệu quả 13,2%. Việc giảm thiểu các khu vực không hoạt động đã đạt được thông qua cấu trúc laser có độ phân giải cao, được phát triển và tối ưu hóa trong những năm gần đây tại “Solar Factory of the Future”.

• Pin mặt trời hoạt động như thế nào?
• Hệ thống pin mặt trời siêu mỏng, có thể gắn lên mọi bề mặt chỉ với băng dính