EnglishCông nghệ năng lượng mặt trời đang bước vào một chương mới đầy hứa hẹn với bước tiến vượt bậc đến từ nhóm nghiên cứu tại Đức. Bằng việc sắp xếp 500 lớp vật liệu theo cấu trúc tinh thể siêu mỏng, họ đã chế tạo được loại vật liệu có khả năng tăng hiệu suất hấp thụ ánh sáng mạnh gấp 1.000 lần so với công nghệ hiện tại.
Năng lượng mặt trời: Tương lai của hệ thống điện toàn cầu
Theo dự báo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), năng lượng mặt trời sẽ trở thành nguồn điện chủ lực vào năm 2050, chiếm khoảng một phần ba sản lượng điện toàn cầu. Tuy nhiên, để hiện thực hóa viễn cảnh đó, hiệu suất của các tấm pin quang năng hiện nay vẫn cần được cải thiện đáng kể.
Các tấm pin mặt trời truyền thống, phần lớn sử dụng silicon, đã đạt đến giới hạn về khả năng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng. Điều này thúc đẩy các nhà khoa học toàn cầu không ngừng tìm kiếm các vật liệu và cấu trúc mới để nâng tầm hiệu suất của công nghệ năng lượng tái tạo này.
Bước đột phá từ cấu trúc 500 lớp vật liệu siêu mỏng
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances, các nhà khoa học tại Đại học Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU), Đức, đã giới thiệu một cấu trúc vật liệu mới có thể làm thay đổi cục diện ngành năng lượng mặt trời.
Trung tâm của phát minh này là cấu trúc tinh thể siêu mỏng gồm 500 lớp vật liệu xếp chồng chính xác lên nhau, chỉ dày khoảng 200 nanomet. Ba vật liệu chủ đạo được sử dụng gồm: titanat bari (BaTiO₃), titanat stronti (SrTiO₃) và titanat canxi (CaTiO₃). Đây đều là các hợp chất có tính sắt điện hoặc thuận điện, vốn có khả năng tạo ra điện khi tiếp xúc với ánh sáng.
Ưu thế vượt trội từ vật liệu sắt điện và thuận điện
Không giống như silicon cần mối nối pn để hoạt động, các tinh thể sắt điện như titanat bari có khả năng tự phân tách điện tích âm và dương mà không cần các cấu trúc phức tạp. Nhờ đó, chúng có tiềm năng được chế tạo dễ dàng hơn và với chi phí thấp hơn. Tuy nhiên, điểm yếu của chúng là khả năng hấp thụ ánh sáng còn hạn chế.
Đáng chú ý, dù tỉ lệ vật liệu quang điện chính titanat bari giảm gần 2/3, nhưng hiệu suất phát điện lại tăng tới 1.000 lần so với mẫu vật liệu đơn lẻ có độ dày tương đương.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu tại MLU đang phát triển nguyên mẫu tấm pin năng lượng mặt trời sử dụng cấu trúc 500 lớp này. Nếu thành công trong giai đoạn thử nghiệm mở rộng, công nghệ này có thể được ứng dụng trong sản xuất thương mại trong vòng vài năm tới.
Phát minh của nhóm nghiên cứu Đức là một minh chứng cho sự bền bỉ và sáng tạo trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Bằng cách tận dụng nguồn năng lượng dồi dào từ mặt trời, nhân loại có cơ hội giảm đáng kể lượng khí thải carbon, đồng thời tiến gần hơn đến một thế giới công bằng, xanh hơn và thân thiện với môi trường cho các thế hệ sau.