Công nghệ đang phát triển hiện nay có thể biến mọi ô kính trong tòa nhà chọc trời thành bảng quang điện từ từ trần đến sàn, cung cấp khoảng 1/6 nhu cầu điện của tòa nhà. Hiệu quả này có được là nhờ những tiến bộ trong các lớp phủ nano siêu mỏng, cho phép một số dải tần số ánh sáng đi qua, đồng thời biến phần còn lại thành năng lượng.

Các tế bào pin mặt trời thế hệ thứ 3 sử dụng một khoáng chất, được gọi là perovskite, rẻ hơn, hiệu quả hơn và dễ thích ứng hơn so với vật liệu silicon hiện đang được sử dụng để sản xuất hầu hết các bảng pin điện mặt trời.

Lớp phủ mới cho phép một phần ánh sáng xuyên qua và sử dụng phần còn lại để sản xuất điện. Ảnh GS Lioz Etgar.

GS Lioz Etgar thuộc Đại học Hebrew ở Jerusalem là nhà khoa học tiên phong trong việc sử dụng perovskite kể từ khi đặc tính hấp thụ ánh sáng của vật liệu lần đầu tiên được xác định một thập kỷ trước.

GS khẳng định, nhóm nghiên cứu của ông đang dẫn đầu trong nỗ lực phát triển tiềm năng của perovskite và pin mặt trời thế hệ mới có thể được đưa ra thị trường trong vòng “4 đến 5 năm” tới.

Các cửa sổ năng lượng mặt trời mẫu mà các nhà khoa học đang nghiên cứu hiện chỉ cho phép hơn 1/4 ánh sáng đi qua, hiệu quả đạt được bằng khoảng 2/3 so với các pin mặt trời thông thường.

Nhóm nghiên cứu của GS Lioz Etgar hiện đang nỗ lực cạnh tranh với các nhà khoa học trên khắp thế giới trong cuộc đua tích hợp perovskite vào kính cửa sổ với kích thước đầy đủ.

Không giống như các tấm pin quang điện truyền thống, pin năng lượng mặt trời từ perovskite hoạt động ngay cả khi ánh sáng mặt trời không chiếu thẳng vào kính, do đó pin năng lượng thế hệ ba có thể lắp đặt trên tất cả các mặt tiền của tòa nhà.

GS Etgar trong cuộc phỏng vấn với trang NoCamels cho biết:

“Tôi làm nghiên cứu sinh sau TS tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ, ở Lausanne, vào năm 2012. Trong hai tháng cuối cùng ở đó, tôi đã tiếp xúc với chất liệu mới này. Tôi đã thử nghiệm, vật liệu có những tính chất thật tuyệt vời, thực sự tuyệt vời.”

Tinh thể perovskite, khoáng chất được phát triển để phủ lên các cửa sổ năng lượng mặt trời. ẢnhNoCamels

Ông nói: “Chỉ có một số không nhiều các nhà khoa học trên khắp thế giới đang thử vật liệu này và chúng tôi là một trong những người đó. Sau đó, tôi mở phòng thí nghiệm của riêng mình tại trường đại học và quyết định tập trung hoàn toàn vào vật liệu này vì tôi hiểu rằng có rất nhiều điều để khám phá về nó.”

Hiện nay, nhóm nhà khoa học tại Đại học Hebrew đang sản xuất các nguyên mẫu nhỏ, hình vuông có kích thước khoảng 20cm (8 inch). Nhiệm vụ đặt ra là mở rộng diện tích của nguyên mẫu với chi phí thương mại, đạt được hiệu quả sản xuất điện năng như pin điện silicon và tính trong suốt tối đa.

Nhóm nghiên cứu đã dành bảy năm, phát triển những giải pháp công nghệ, đã được cấp bằng sáng chế nhằm khai thác triệt để cấu trúc phân tử của perovskite, thiết kế chín lớp siêu mỏng khác nhau dạng “mực in 3D”, được sử dụng để phủ lên kính.

Giáo sư Etgar cho biết: “Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi có thể tổng hợp perovskite theo nhiều phương pháp độc đáo khác nhau và nắm bắt được những đặc tính thú vị của vật liệu”.

 

Những cuộc thí nghiêm nghiên cứu hướng tới 2 khả năng đột phá. Thứ nhất là “điều chỉnh” hoặc tổng hợp perovskite để sản xuất năng lượng từ ánh sáng nhân tạo, cũng như ánh sáng mặt trời. Nhóm nhà khoa học trong quá trình nghiên cứu perovskite, tổng hợp vật liệu ở cấp độ phân tử và phát hiện được, các hạt nano có các đặc tính ấn tượng so với các hạt lớn hơn của cùng một loại vật liệu.”

Đặc tính của của vật liệu dạng nano cho phép, các bóng đèn chiếu sáng không gian trong nhà có thể cung cấp năng lượng 1 phần cho các cửa sổ năng lượng mặt trời, tạo ra một phần điện năng cung cấp lại năng lượng cho chiếu sáng, tiết kiệm phần năng lượng hao phí qua cửa số.

Ứng dụng khả thi thứ hai là đặt vật liệu trên mái nhà kính cây trồng. Kính thủy tinh hoặc vật liệu tổng hợp trong suốt, phủ perovskite cho phép ánh sáng xuyên qua đồng thời sản xuất điện năng cho những nhà kính cây trồng.

Để phát triển công nghệ cửa sổ năng lượng mặt trời, GS Etgar cùng GS Shlomo Magdassi, chuyên gia về khoa học vật liệu và công nghệ nano thuộc đại học Hebrew đã đồng sáng lập một công ty khởi nghiệp có tên Trans/Sol.

Mục đích của công ty Trans/Sol là sản xuất bảng năng lượng mặt trời dưới dạng “tường rèm”, lớp phủ bên ngoài phi cấu trúc của một tòa nhà, thường được làm bằng kính, tấm kim loại hoặc đá mỏng.

Guy Price, Giám đốc điều hành của Trans/Sol cho biết: “Phát minh mới sẽ thay đổi thế giới. Khi chúng ta có kính năng lượng mặt trời, nhân loại sẽ không bao giờ quay trở lại với bất kỳ loại kính thông thường nào.”

 “Thực tế, các tòa nhà chiếm 36% xả thải gây ô nhiễm carbon toàn cầu. Với những tòa nhà mới đang mọc lên, mỗi tháng trên thế giới sẽ có số lượng bằng cả toàn bộ thành phố New York trong 40 năm tới.”

Đó là lý do vì sao các tòa nhà mới phải tự tạo ra năng lượng để tạo ra sự thay đổi. Ông nhấn mạnh: “Nếu chúng ta không tạo ra những tòa nhà hiệu quả và tự sản xuất năng lượng, thế giới sẽ không bao giờ giải quyết được mà còn chìm sâu vào ô nhiễm. Trọng tâm ở giai đoạn này là nâng cấp công nghệ lên kích thước cửa sổ. Sau đó, chúng tôi sẽ làm việc với các công ty hàng đầu thị trường như công ty kính, nhà sản xuất tường rèm, kỹ sư và kiến ​​trúc sư để tạo ra hệ thống sản xuất điện mặt trời, có thể lắp đặt trên các tòa nhà chọc trời.”