Đại học Queen Mary London (Vương quốc Anh) và công ty khởi nghiệp Power Roll vừa hợp tác thương mại hóa màng năng lượng mặt trời có tên Perovskite. Nhẹ, linh hoạt và hiệu suất cao, loại màng này hứa hẹn mở rộng đáng kể khả năng triển khai năng lượng mặt trời trên toàn cầu.

Giới hạn của pin mặt trời Silicon

Hiện nay, pin mặt trời Silicon vẫn là công nghệ chủ đạo trong các nhà máy điện mặt trời trên thế giới. Tuy nhiên, loại vật liệu này tồn tại nhiều hạn chế, từ lượng khí thải carbon cao trong sản xuất đến sự phụ thuộc gần như tuyệt đối vào Trung Quốc - quốc gia cung cấp tới 91% nguồn cung Silicon toàn cầu. Ngoài ra, trọng lượng lớn và độ cứng của các tấm pin silicon cũng là rào cản lớn đối với việc lắp đặt trên nhiều công trình xây dựng.

Thực tế, chỉ khoảng 2% số tòa nhà trên thế giới hiện được trang bị tấm pin mặt trời. Một trong những lý do chính là khoảng 30% mái nhà thương mại không đủ sức chịu tải trọng của các tấm pin silicon truyền thống. Điều này đặt ra thách thức lớn khi nguồn năng lượng mặt trời khổng lồ vẫn chưa được khai thác triệt để. Trong khi thực tế các nhà khoa học đã chứng minh chỉ trong một giờ, mặt trời cung cấp năng lượng đủ để đáp ứng nhu cầu cho toàn cầu trong suốt một năm.

Giải pháp từ màng Perovskite

Trước thực tế trên, Power Roll đã phát triển một công nghệ sản xuất độc đáo, giúp tạo ra màng Perovskite siêu mỏng và linh hoạt. Không giống như pin Silicon cứng nhắc, màng Perovskite có thể được triển khai trên nhiều bề mặt mà trước đây không thể lắp đặt tấm pin mặt trời, chẳng hạn như mái nhà chịu tải thấp.

Tuy nhiên, việc mở rộng sản xuất màng Perovskite vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là ở cấp độ nhỏ. Những khiếm khuyết trong quá trình chế tạo khiến cho loại vật liệu này chưa thể cạnh tranh với Silicon về mặt quy mô thương mại. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại Queen Mary đang phối hợp với Power Roll nhằm cải thiện chất lượng và quy trình sản xuất.

Power Roll áp dụng công nghệ tạo rãnh vi mô và định hình chân không để sản xuất màng Perovskite với độ dày chưa đến 1mm, nhẹ hơn 25 lần so với tấm pin Silicon nhẹ nhất hiện nay. Tuy nhiên, chính độ mỏng này lại khiến việc kiểm soát chất lượng trở nên cực kỳ khó khăn. Theo Power Roll, mỗi pin mặt trời mà công ty sản xuất chỉ có độ dày bằng 1/50 sợi tóc người.

Để đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm, nhóm nghiên cứu tại Đại học Queen Mary, đứng đầu là tiến sĩ Stoichko Dimitrov, đang phát triển một hệ thống phân tích quang học giúp kiểm soát chất lượng theo thời gian thực. Công nghệ này theo dõi sự tương tác của ánh sáng với vật liệu trong suốt quá trình sản xuất, từ đó cung cấp dữ liệu cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất của màng Perovskite.

"Chúng tôi đang tạo ra năng lượng mặt trời có thể tiếp cận những nơi mà các công nghệ hiện tại không thể với tới, mà không cần sử dụng các nguyên liệu đất hiếm quý giá", tiến sĩ Dave Barwick - Giám đốc kỹ thuật tại Power Roll - nhấn mạnh.

Triển vọng thương mại hóa

Việc ứng dụng rộng rãi màng Perovskite có thể mang lại lợi ích lớn về môi trường và kinh tế. Tính linh hoạt của công nghệ này giúp mở rộng phạm vi sử dụng, từ các mái nhà yếu chịu tải đến những địa điểm khó tiếp cận khác.

Theo Power Roll, chỉ riêng tại Vương quốc Anh, thị trường tiềm năng cho màng Perovskite ước tính lên tới 250 tỷ bảng Anh, với 12 tỷ m2 mái nhà có thể được tận dụng để sản xuất điện xanh với chi phí thấp.

Sự kết hợp giữa công nghệ tiên tiến và tiềm năng ứng dụng rộng rãi đang mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành năng lượng mặt trời. Nếu các thách thức về sản xuất được khắc phục, màng perovskite hứa hẹn trở thành đối thủ cạnh tranh thực sự với pin mặt trời silicon trong tương lai gần.