Theo báo cáo gần đây của Hiệp hội các ngành công nghiệp năng lượng mặt trời, số lượng pin mặt trời ở Hoa Kỳ đang được lắp đặt ngày càng gia tăng với hơn 2 triệu lượt lắp đặt mới vào đầu năm 2019, kỷ lục chưa từng thấy trong quý đầu của năm.

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, các giải pháp thay thế chi phí thấp và hiệu quả hơn cho pin mặt trời từ silicon - hiện là công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất - là điều đáng mong đợi. Trong thập kỷ qua, perovskite chì-halogen đã xuất hiện như vật liệu thay thế triển vọng nhất nhưng không ổn định. Vật liệu này chứa chì, độc hại và gây nguy hiểm tiềm ẩn cho sức khỏe và môi trường như gây ô nhiễm nước ngầm.

Nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Washington đã tìm ra chất bán dẫn ổn định hơn, ít độc cho các ứng dụng pin năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng oxit perovskite kép mới được phát hiện thông qua phân tích dữ liệu và tính toán cơ học lượng tử. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Chemistry of Materials.

Rohan Mishra, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí và khoa học vật liệu tại Trường Kỹ thuật McKelvey đã chỉ đạo nhóm nghiên cứu quốc tế liên ngành phát hiện ra bán dẫn mới được tạo thành từ kali, bari, Tellurium, bismuth và oxy (KBaTeBiO6). Oxit perovskite kép không chì là một trong 30.000 oxit bitmut tiềm năng ban đầu. Trong số đó, chỉ có khoảng 25 hợp chất được biết đến. Sử dụng công cụ tin học và tính toán cơ học lượng tử trên một trong những siêu máy tính nhanh nhất thế giới, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra KBaTeBiO6 là loại oxit tiềm năng nhất.

"Chúng tôi nhận thấy đây có vẻ là hợp chất ổn định nhất và có thể được tổng hợp trong phòng thí nghiệm", PGS. Mishra nói. "Quan trọng hơn, dù hầu hết oxit thường có một dải lớn, nhưng chúng tôi dự đoán hợp chất mới này có năng lượng vùng cấm (band gap) thấp, gần với perovskite halogen và có tính chất khá tốt".

Năng lượng vùng cấm là hàng rào năng lượng mà các điện tử phải vượt qua để tạo thành các hạt tự do trong pin mặt trời, có thể được khai thác để cung cấp năng lượng cho thiết bị điện hoặc được lưu trữ trong pin để sử dụng về sau. Năng lượng để vượt qua hàng rào này do ánh nắng mặt trời cung cấp. Các hợp chất triển vọng nhất cho các ứng dụng pin mặt trời có năng lượng vùng cấm khoảng 1,5 eV hay electronvolt.

PGS. Mishra cho rằng đây là pin mặt trời thế hệ đầu tiên cần được điều chỉnh nhiều hơn về năng lượng vùng cấm, nhưng đây là bước đầu tiên hướng tới chế tạo pin mặt trời không độc hại và cả cho các ứng dụng bán dẫn khác như màn hình LCD.

N.T.T (NASATI), theo http://www.solardaily.com/reports/A_good_first_step_toward_nontoxic_solar_cells_999.html, 31/7/2019