Một liên doanh giữa Canada và Thụy Sĩ đã in được các tế bào quang điện hữu cơ bán trong suốt đạt hiệu suất 12%. Hiện tại, họ có kế hoạch bán chúng để sử dụng cho cửa kính và nhà kính từ năm 2028, với giá dưới 150 đô la một mét vuông.
Công ty phát triển phần mềm Brilliant Matters của Canada và tập đoàn vật liệu HeiQ của Thụy Sĩ đã vạch ra kế hoạch bán các tế bào quang điện hữu cơ bán trong suốt. Tế bào tốt nhất trong lô nguyên mẫu của họ đạt hiệu suất 12.04%, trong khi hiệu suất trung bình của các nguyên mẫu là 11.14%. Brilliant Matters dự kiến sản phẩm sẽ được bán ra thị trường vào năm 2028.
Công trình này cũng có sự tham gia của Solar Factory, một nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Jülich ở Đức. Nhóm này đã chế tạo các tế bào thành các mô-đun bán trong suốt, linh hoạt trong khuôn khổ dự án Emerge, được Liên minh châu Âu tài trợ. Các mô-đun nguyên mẫu được in hoàn toàn trên kính sau đó đạt hiệu suất cao nhất là 10.2%, và hiệu suất trung bình là 10.09%.
Cách các tế bào được cấu tạo
Pin mặt trời hữu cơ sử dụng vật liệu gốc carbon để hấp thụ ánh sáng. Do đó, chúng có thể mỏng, nhẹ và trong suốt một phần. Điều này cho phép chúng phủ lên các bề mặt mà tấm pin mờ đục sẽ cản trở tầm nhìn, chẳng hạn như cửa sổ, mặt tiền và mái nhà kính.
Các đối tác đã kết hợp vật liệu hoạt tính BM10 của Brilliant Matters với điện cực Xpectra của HeiQ, sử dụng các dây nano bạc. Điện cực này dẫn điện nhưng vẫn cho phép ánh sáng xuyên qua. Vì vậy, toàn bộ cấu trúc có thể duy trì độ trong suốt nhất định mà vẫn tạo ra điện năng.
Varun Vohra, quản lý bộ phận kỹ thuật tại Brilliant Matters, cho biết nhóm nghiên cứu đã chế tạo cụm pin trên kính phủ oxit thiếc indium. Mỗi tế bào nguyên mẫu chỉ có kích thước 0.04 cm vuông. Trong khi đó, mỗi mô-đun thử nghiệm liên kết 11 tế bào mắc nối tiếp trên diện tích hoạt động 7.03 cm vuông.
In ấn quy mô lớn
Các mô-đun nguyên mẫu đã được in hoàn chỉnh. Ngoài ra, Solar Factory đã chứng minh rằng quy trình này hoạt động với phương pháp in cuộn. Phương pháp này đặt từng lớp lên một tờ giấy đang chuyển động, tương tự như máy in báo, do đó quá trình sản xuất có thể diễn ra liên tục mà không bị gián đoạn.
Hiệu suất ở đây có nghĩa là tỷ lệ ánh sáng mặt trời mà một tế bào chuyển hóa thành điện năng. Một tế bào có hiệu suất 12% chuyển hóa khoảng một phần tám lượng ánh sáng chiếu vào nó. Các tế bào trong suốt bị giảm sản lượng do thiết kế, vì ánh sáng đi qua không được thu giữ.
Brilliant Matters dự kiến giá thành dưới 150 đô la Mỹ/mét vuông và kỳ vọng sẽ giảm giá hơn nữa khi nhu cầu tăng. Công ty cũng đang tiến hành thử nghiệm công nghệ quang điện hữu cơ với khách hàng.
“Chúng tôi kỳ vọng công nghệ này sẽ được thương mại hóa vào năm 2028,” Vohra nói. Cho đến lúc đó, các thử nghiệm sẽ cho thấy tế bào hoạt động như thế nào ngoài phòng thí nghiệm.
Các tế bào có thể di chuyển đến đâu
HeiQ coi hệ thống quang điện tích hợp vào các tòa nhà là thị trường chính, cùng với kính kiến trúc và cấu trúc nhà kính. Họ cũng chỉ ra các bề mặt phản chiếu ánh sáng khác có thể tạo ra điện năng. Trong mỗi trường hợp, tấm pin phải cho phép ánh sáng xuyên qua trong khi vẫn tạo ra điện năng.
Người trồng trong nhà kính cần ánh sáng mặt trời cho cây trồng, vì vậy mái nhà không trong suốt sẽ làm giảm năng suất. Tuy nhiên, một lớp bán trong suốt có thể cho phép ánh sáng chiếu đến cây và đồng thời tạo ra điện năng.
Các nhóm khác cũng đang theo đuổi mục tiêu tương tự. Ví dụ, các kỹ sư tại Đại học University College London gần đây đã cho ra mắt cửa sổ năng lượng mặt trời bán trong suốt, thu năng lượng từ ánh sáng trong nhà và ngoài trời. Brilliant Matters và HeiQ hiện đã có ngày ra mắt và giá mục tiêu để hướng tới.
Tiếp theo là gì
Các số liệu ban đầu đến từ các nguyên mẫu nhỏ, và các tấm pin lớn hơn thường bị giảm hiệu suất. Kết quả thử nghiệm trên mô-đun đã cho thấy một phần khoảng cách đó, ở mức 10.2% so với 12.04% của tế bào đơn tốt nhất. Các thử nghiệm với khách hàng sẽ cho thấy các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ hoạt động như thế nào trong các tòa nhà thực tế, điều kiện thời tiết và sự lão hóa.
Tuổi thọ là một câu hỏi lớn khác. Các lớp phủ gốc carbon này có thể bị phân hủy dưới tác động của nhiệt, ánh sáng và độ ẩm, và điều đó từ lâu đã kìm hãm sự phát triển của lĩnh vực này. Người mua kính cho các công trình xây dựng kỳ vọng nó sẽ tồn tại hàng chục năm, vì vậy dữ liệu thử nghiệm về độ bền sẽ có trọng lượng tương đương với các số liệu về hiệu quả năng lượng.
Các đối tác muốn có một sản phẩm in bán trong suốt được bán ra thị trường vào năm 2028, với giá dưới 150 đô la một mét vuông. Nếu thành công, pin mặt trời hữu cơ có thể trở thành một lựa chọn khả thi cho kính, đồng thời cũng có khả năng tạo ra điện năng.
