Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố một phương pháp chế tạo pin mặt trời perovskite dẻo, giúp cải thiện đồng thời hiệu suất chuyển đổi năng lượng và độ ổn định của thiết bị. Công nghệ này có đặc điểm mỏng, nhẹ, có thể uốn cong, qua đó mở rộng khả năng ứng dụng năng lượng mặt trời tại những vị trí khó lắp đặt các tấm pin truyền thống.

Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm chuyên gia thuộc Đại học Đông Nam và Đại học Tô Châu (Trung Quốc), công bố trên tạp chí khoa học Science ngày 22/10/2026.

Khác với pin mặt trời thông thường sử dụng nền vật liệu cứng, pin perovskite dẻo được chế tạo trên bề mặt linh hoạt. Đặc tính này cho phép thiết bị có thể thích ứng với nhiều hình dạng khác nhau, từ mái ô tô, ba lô, thiết bị đeo đến các công trình có bề mặt cong và thiết bị di động.

Tuy nhiên, để tạo ra sản phẩm vừa linh hoạt vừa đạt hiệu suất cao là thách thức không nhỏ. Trong quá trình chế tạo, các nhà khoa học cần hình thành đồng thời hai lớp vật liệu gồm lớp phân tử tự lắp ráp (SAM) và lớp perovskite trên nền có thể uốn cong.

Hai thành phần này có xu hướng tương tác quá sớm, khiến các lớp vật liệu khó hình thành đồng đều. Những khiếm khuyết trong cấu trúc màng có thể làm giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng, đồng thời khiến pin nhanh suy giảm khi hoạt động trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao.

Phương pháp mới cải thiện hiệu suất và độ ổn định

Để khắc phục hạn chế trên, nhóm nghiên cứu đưa thêm một phân tử điều biến vào dung dịch chế tạo pin. Thành phần này giúp hạn chế sự tương tác không mong muốn giữa lớp SAM và vật liệu perovskite, tạo điều kiện để mỗi lớp hình thành và phát triển ổn định hơn.

Phương pháp được gọi là đồng lắng đọng phân tách (decoupled co-deposition). Theo nhóm nghiên cứu, cách tiếp cận này giúp lớp SAM liên kết tốt hơn với bề mặt nền, đồng thời kiểm soát quá trình hình thành tinh thể perovskite. Nhờ đó, chất lượng màng vật liệu được cải thiện, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của pin.

Kết quả thử nghiệm cho thấy, tế bào pin dẻo kích thước nhỏ đạt hiệu suất chuyển đổi 26,86%. Khi mở rộng diện tích, các module có kích thước 5 x 5 cm đạt hiệu suất 22,31%; loại 10 x 10 cm đạt 20,63% và module 30 x 30 cm đạt 20,15%. Theo nhóm nghiên cứu, các mức hiệu suất này đều là những kết quả kỷ lục đối với từng kích thước tương ứng.

Bên cạnh khả năng chuyển đổi năng lượng, độ bền của thiết bị cũng được cải thiện. Trong một thử nghiệm, module pin dẻo có diện tích 25 cm², hiệu suất ban đầu 22%, vẫn duy trì được 92,5% hiệu suất sau 1.044 giờ hoạt động trong điều kiện nhiệt độ 85 độ C và độ ẩm tương đối 65%.

Các module cũng vượt qua những thử nghiệm thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt và đáp ứng các yêu cầu trong bộ tiêu chuẩn quốc tế IEC 63163 dành cho module quang điện dẻo di động. Đây được xem là cơ sở quan trọng để tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ trước khi tiến tới sản xuất công nghiệp.

Hướng tới mở rộng sản xuất pin mặt trời linh hoạt

Một trong những điểm đáng chú ý của nghiên cứu là khả năng mở rộng kích thước module mà vẫn duy trì hiệu suất tương đối cao. Trước đây, nhiều kết quả nổi bật về pin perovskite dẻo chủ yếu được ghi nhận trên các mẫu thử nhỏ trong phòng thí nghiệm, khiến việc ứng dụng thực tế và sản xuất quy mô lớn gặp nhiều hạn chế.

Với phương pháp mới, nhóm nghiên cứu hướng tới quy trình sản xuất liên tục trên các cuộn vật liệu dẻo. Thay vì chế tạo từng tấm pin riêng lẻ, công nghệ có thể tiến tới in các lớp vật liệu lên bề mặt dạng cuộn, tương tự quy trình in công nghiệp.

Trong giai đoạn tiếp theo, các nhà khoa học dự kiến tiếp tục cải tiến vật liệu, nghiên cứu kết hợp nhiều lớp pin để tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và hoàn thiện quy trình sản xuất liên tục. Mục tiêu là đưa công nghệ từ quy mô nghiên cứu tiến gần hơn đến sản xuất hàng loạt với chi phí phù hợp.

Pin perovskite được đánh giá là một hướng phát triển tiềm năng của ngành năng lượng mặt trời nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, có thể chế tạo trên nền linh hoạt và tiềm năng giảm chi phí sản xuất. Tuy nhiên, độ ổn định và tuổi thọ vẫn là những vấn đề cần tiếp tục giải quyết.

Nếu được hoàn thiện và thương mại hóa thành công, pin mặt trời dẻo có thể bổ sung một lựa chọn mới cho việc khai thác năng lượng tái tạo, đặc biệt tại những vị trí có kết cấu phức tạp hoặc không phù hợp với các tấm pin cứng truyền thống. Công nghệ này cũng mở ra triển vọng tích hợp nguồn điện mặt trời vào phương tiện giao thông, thiết bị di động và các công trình có bề mặt linh hoạt.

Dù vậy, để công nghệ thực sự phát huy lợi ích môi trường, quá trình phát triển sản phẩm cần tiếp tục giải quyết các yêu cầu về tuổi thọ, độ bền khi sử dụng ngoài trời, chi phí sản xuất và khả năng thu hồi, tái chế vật liệu sau khi hết vòng đời. Đây là những yếu tố quan trọng để bảo đảm việc mở rộng năng lượng sạch đi cùng mục tiêu sử dụng tài nguyên hiệu quả và hạn chế phát sinh chất thải.

Tái chế được 95% kính từ pin mặt trời đã qua sử dụng

Hải Đăng