Các nhà nghiên cứu đang phát triển một kỹ thuật chế tạo có thể mở rộng để tạo ra các tế bào năng lượng mặt trời siêu mỏng, nhẹ có thể được thêm vào bất kỳ bề mặt nào một cách liền mạch và tạo ra nguồn điện ổn định.
Pin năng lượng mặt trời siêu mỏng, nhẹ và có hiệu suất vượt trội hơn các loại pin năng lượng mặt trời thông thường
Các kỹ sư của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Mỹ đã phát triển các tế bào năng lượng mặt trời bằng vải siêu nhẹ. Những tế bào năng lượng mặt trời bền và linh hoạt này mỏng hơn nhiều so với sợi tóc người, được dán vào một loại vải chắc chắn, giúp dễ dàng lắp đặt trên một bề mặt cố định.
Pin năng lượng mặt trời siêu mỏng, siêu nhẹ
Theo MIT, pin mặt trời silicon truyền thống rất dễ vỡ, vì vậy chúng phải được bọc trong thủy tinh và đóng gói trong khung nhôm dày, nặng, điều này tạo ra nhiều hạn chế khiến khó khăn cho việc triển khai.
Sáu năm trước, nhóm nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm ONE Lab của MIT đã sản xuất pin mặt trời bằng cách sử dụng một loại vật liệu màng mỏng mới nổi có trọng lượng nhẹ đến mức chúng có thể đặt trên một bong bóng xà phòng. Nhưng pin mặt trời siêu mỏng này được chế tạo bằng các quy trình phức tạp, dựa trên chân không, có thể tốn kém và khó mở rộng quy mô.
Để giải quyết vấn đề trên, nhóm nghiên cứu bắt đầu phát triển pin mặt trời màng mỏng hoàn toàn có thể in được. Và để sản xuất được những tấm pin mặt trời theo hướng đó, các kỹ sư đã sử dụng vật liệu nano ở dạng mực điện tử có thể in được. Theo đó, họ phủ lên cấu trúc pin mặt trời bằng cách sử dụng máy phủ khuôn có rãnh, lớp này sẽ phủ các lớp vật liệu điện tử lên một chất nền đã chuẩn bị sẵn, có thể tháo rời và chỉ dày 3 micron. Sử dụng kỹ thuật in lụa, một điện cực được đặt trên cấu trúc để hoàn thiện mô-đun năng lượng mặt trời.
Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể tách mô-đun in có độ dày khoảng 15 micron ra khỏi đế nhựa, tạo thành một tấm pin năng lượng mặt trời siêu nhẹ. Tuy nhiên, các mô-đun quá mỏng, độc lập như vậy rất khó xử lý và có thể dễ dàng bị rách, điều này sẽ khiến chúng khó triển khai trong thực tế. Để giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu của MIT đã tìm kiếm một chất nền nhẹ, linh hoạt và có độ bền cao.
Quá trình nghiên cứu, các kỹ sư cuối cùng cũng tìm ra vật liệu lý tưởng - một loại vải tổng hợp chỉ nặng 13 gram trên một mét vuông, được biết đến với tên thương mại là Dyneema. Loại vải này được làm từ những sợi chỉ bền đến mức chúng được sử dụng làm dây thừng để nâng con tàu du lịch Costa Concordia bị chìm lên khỏi đáy biển Địa Trung Hải. Bằng cách thêm một lớp keo có thể hàn gắn bằng tia cực tím, chỉ dày vài micron, các kỹ sư sẽ dán các mô-đun năng lượng mặt trời vào tấm vải và tạo thành một cấu trúc pin năng lượng mặt trời siêu nhẹ hoàn chỉnh, chắc chắn về mặt cơ học.
Các kỹ sư tại MIT cho rằng, loại pin này có thể cung cấp năng lượng khi đang di chuyển dưới dạng vải có thể đeo hoặc được vận chuyển và triển khai nhanh chóng ở những địa điểm xa xôi trong trường hợp khẩn cấp.
Hiệu suất vượt trội hơn so với pin mặt trời thông thường
Khi thử nghiệm thiết bị này, các nhà nghiên cứu của MIT đã phát hiện ra rằng pin này có thể tạo ra 730 watt điện trên mỗi kg khi đứng tự do và khoảng 370 watt trên mỗi kg nếu được triển khai trên vải Dyneema có độ bền cao, tức là công suất trên mỗi kg cao hơn khoảng 18 lần so với pin mặt trời thông thường.
Theo Giám đốc Viện MIT, “lắp đặt năng lượng mặt trời trên mái nhà điển hình ở Massachusetts là khoảng 8.000 watt. Để tạo ra cùng một lượng điện năng đó, hệ thống quang điện bằng vải này chỉ cần thêm khoảng 20 kg vào mái nhà”.
Các kỹ sư kiểm tra độ bền của thiết bị nhận thấy rằng, ngay cả sau khi cuộn và mở tấm pin mặt trời bằng vải hơn 500 lần, các tế bào vẫn giữ được hơn 90% khả năng phát điện ban đầu.
Mặc dù pin mặt trời của chúng nhẹ hơn và linh hoạt hơn nhiều so với pin truyền thống, nhưng chúng sẽ cần được bọc trong một vật liệu khác để bảo vệ chúng khỏi môi trường. Nhóm nghiên cứu chia sẻ, việc bọc các pin mặt trời này trong thủy tinh nặng theo tiêu chuẩn với pin mặt trời silicon truyền thống sẽ giảm thiểu giá trị của tiến bộ hiện tại. Vì vậy nhóm đang phát triển các giải pháp đóng gói siêu mỏng, giải pháp này chỉ làm tăng thêm một chút trọng lượng so với các thiết bị siêu nhẹ hiện tại.
Hiện các kỹ sư tại Viện MIT đang làm việc để loại bỏ các vật liệu không cần thiết trong khi vẫn giữ được yếu tố hình thức, hiệu suất của các cấu trúc pin. Theo đó, quy trình sản xuất có thể được hợp lý hóa hơn bằng cách in các chất nền có thể tái sử dụng, điều này càng giúp đẩy nhanh quá trình dịch chuyển nhằm đưa công nghệ mới này ra thị trường”.
Theo Viện công nghệ Massachusetts
Thái Đạt (dịch)