Perovskite: Liệu liệu vật liệu đột phá này có dẫn dắt ngành năng lượng mặt trời của chúng ta trong tương lai?

Perovskite là một loại vật liệu bán dẫn có cấu trúc tinh thể đặc biệt, được đặt tên theo khoáng chất tự nhiên perovskite (CaTiO3). Tuy nhiên, khi nhắc đến perovskite trong ngành công nghiệp năng lượng, chúng ta thường đề cập đến các hợp chất hữu cơ- vô cơ có công thức chung ABX3. Trong đó, A là một cation hữu cơ lớn như methylammonium (CH3NH3+) hoặc formamidinium (HC(NH2)2+), B là một cation kim loại như chì (Pb2+) hoặc thiếc (Sn2+), và X là anion halogen như io (I-) hoặc brom (Br-).

Sự quan tâm ngày càng tăng đối với perovskite trong lĩnh vực năng lượng mặt trời chủ yếu bắt nguồn từ những đặc tính ưu việt của chúng:

• Hiệu suất chuyển đổi cao: Perovskite đã chứng minh khả năng đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời (PCE) lên tới 25% trong phòng thí nghiệm, ngang bằng với công nghệ silicon truyền thống và thậm chí vượt trội ở một số trường hợp.

• Độ hấp thụ ánh sáng rộng: Perovskite có thể hấp thu ánh sáng trong một dải bước sóng rộng hơn so với silicon, bao gồm cả ánh sáng hồng ngoại và tử ngoại. Điều này cho phép chúng thu thập được nhiều năng lượng mặt trời hơn từ cùng một nguồn ánh sáng.

• Chi phí sản xuất thấp: Perovskite có thể được sản xuất bằng phương pháp dung dịch ở nhiệt độ thấp, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất so với các công nghệ tế bào mặt trời truyền thống dựa trên silicon.

Ứng dụng của Perovskite trong ngành công nghiệp năng lượng

Perovskite đang được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của ngành năng lượng:

• Tế bào năng lượng mặt trời: Đây là ứng dụng phổ biến nhất của perovskite. Các tế bào mặt trời perovskite có thể được chế tạo dưới dạng các tấm mỏng, linh hoạt và trong suốt, mở ra nhiều khả năng mới cho việc tích hợp năng lượng mặt trời vào các thiết bị điện tử, tòa nhà và xe ô tô.

• LED: Perovskite cũng có thể được sử dụng để sản xuất LED hiệu quả cao với quang phổ màu rộng.

• Cảm biến: Perovskite có khả năng cảm nhận ánh sáng, nhiệt độ và áp suất, khiến chúng trở thành ứng viên lý tưởng cho các cảm biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Sản xuất Perovskite: Thách thức và cơ hội

Mặc dù perovskite mang lại nhiều tiềm năng, việc sản xuất chúng vẫn còn gặp phải một số thách thức:

• ổn định: Perovskite nhạy cảm với độ ẩm và nhiệt độ, khiến chúng dễ bị phân hủy trong môi trường khắc nghiệt. Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực để cải thiện độ ổn định của perovskite bằng cách sử dụng các vật liệu bao bọc hoặc thay đổi cấu trúc tinh thể của chúng.

• Chứa chì: Một số loại perovskite phổ biến nhất chứa chì, một kim loại độc hại. Điều này đã dẫn đến mối quan tâm về an toàn và môi trường. Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm các chất thay thế cho chì trong perovskite để giải quyết vấn đề này.

• Quy mô sản xuất: Việc chuyển từ sản xuất phòng thí nghiệm sang sản xuất quy mô lớn vẫn là một thử thách đối với perovskite. Cần phải phát triển các phương pháp sản xuất hiệu quả và chi phí thấp hơn để cho phép công nghệ này trở nên phổ biến rộng rãi.

Bảng tóm tắt đặc tính của Perovskite:

Kết luận: Perovskite là một loại vật liệu đầy hứa hẹn với tiềm năng cách mạng ngành công nghiệp năng lượng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần phải được giải quyết trước khi perovskite có thể trở thành một lựa chọn chính cho các tấm pin mặt trời trong tương lai. Với những nỗ lực nghiên cứu và phát triển liên tục của các nhà khoa học trên toàn thế giới, chúng ta có thể mong đợi những đột phá mới trong lĩnh vực này trong những năm tới.