Xu hướng xanh hóa ngành giao thông vận tải đang thúc đẩy các nhà khoa học liên tục tìm kiếm những giải pháp năng lượng thay thế hiệu quả.
Mới đây, nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Nanyang (NTU), Singapore đã công bố một bước tiến lớn khi phát triển thành công loại pin mặt trời perovskite siêu mỏng, có khả năng tích hợp trực tiếp lên các bề mặt kính ô tô để tạo ra điện năng mà gần như không làm thay đổi diện mạo hay ảnh hưởng đến tầm nhìn của phương tiện.
Giải pháp pin mặt trời gần như tàng hình trên kính xe
Về mặt kỹ thuật, công nghệ mới từ Singapore sử dụng lớp vật liệu perovskite siêu mỏng, với độ dày kém sợi tóc người khoảng 10.000 lần và mỏng hơn gấp 50 lần so với các tế bào pin perovskite truyền thống. Điểm vượt trội của cấu trúc này nằm ở tính bán trong suốt và gần như không màu. Ở phiên bản tối ưu nhất, vật liệu này vẫn cho phép khoảng 41% ánh sáng nhìn thấy xuyên qua trong khi đồng thời tạo ra điện năng. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trên các công trình kiến trúc cũng như phương tiện giao thông mà không ảnh hưởng lớn đến thiết kế ban đầu.
Khác với các công nghệ mái kính tích hợp pin silicon hiện nay của một số hãng như AGC Automotive Europe (công suất 170 – 380W) vốn có màu đen và làm thay đổi thiết kế nguyên bản, giải pháp của NTU hoàn toàn có thể phủ lên kính chắn gió, cửa sổ hay mái kính toàn cảnh mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn quan sát an toàn cho người điều khiển. Theo báo cáo công bố trên tạp chí khoa học ACS Energy Letters, dù độ dày được giảm thiểu tối đa, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của loại pin này vẫn thuộc nhóm dẫn đầu trong phân khúc thiết bị siêu mỏng.
Khả năng vận hành hiệu quả trong điều kiện ánh sáng yếu
Một đặc tính quan trọng của vật liệu perovskite là khả năng thích ứng cao với môi trường. Hệ thống này không phụ thuộc hoàn toàn vào ánh nắng mặt trời trực tiếp mà vẫn có thể sản sinh điện năng từ ánh sáng khuếch tán hoặc trong những ngày thời tiết nhiều mây. Đây được đánh giá là lợi thế cốt lõi khi ứng dụng trong môi trường đô thị, nơi các phương tiện và tòa nhà thường xuyên bị che khuất bởi bóng râm.
Bên cạnh đó, quy trình chế tạo mới cũng cho phép các nhà khoa học kiểm soát chính xác độ dày của màng vật liệu, đồng thời cắt giảm việc sử dụng các loại dung môi hóa học độc hại trong quá trình sản xuất, tối ưu hóa độ thân thiện với môi trường.
Tiềm năng cung cấp năng lượng và những thách thức thương mại hóa
Theo tính toán thực nghiệm, nếu một chiếc ô tô điện được phủ khoảng 10 m2 màng perovskite này trên các bề mặt kính, hệ thống có thể tạo ra từ 6 kWh – 8 kWh điện mỗi ngày trong điều kiện thời tiết thuận lợi. Lượng điện năng này đủ để đáp ứng nhu cầu di chuyển cơ bản hằng ngày của phần lớn người dùng đô thị.
Không dừng lại ở ngành ô tô, công nghệ này còn mở ra tiềm năng lớn cho ngành kiến trúc khi có thể biến các mặt dựng kính của tòa nhà cao tầng thành những nhà máy điện phân tán, ước tính sản sinh hàng trăm MWh mỗi năm.
Tuy nhiên, để tiến tới thương mại hóa diện rộng, công nghệ vẫn phải vượt qua những rào cản kỹ thuật nhất định. Hiện tại, hiệu suất chuyển đổi năng lượng của phiên bản bán trong suốt đạt khoảng 7,6% và phiên bản không trong suốt đạt 12%, mức này vẫn thấp hơn so với các tấm pin mặt trời truyền thống. Thêm vào đó, độ bền của vật liệu cần được cải thiện sâu hơn để chịu được áp lực vận hành khắc nghiệt trên xe ô tô. Trong các thử nghiệm hiện tại, tuổi thọ của tế bào pin mới duy trì ổn định từ 4.100 đến 15.400 giờ trước khi hiệu suất bị suy giảm xuống mức 80% so với ban đầu.
TH (Otoxemay)
