Công nghệ pin mặt trời mới có thể phủ lên mọi bề mặt

Pin mặt trời perovskite đang nổi lên như công nghệ năng lượng mới với ưu thế rẻ hơn, nhẹ hơn và linh hoạt hơn so với pin silicon truyền thống, mở ra khả năng lắp đặt trên ô tô, cửa sổ hay các mái nhà siêu nhẹ.

Năng lượng mặt trời hiện là nguồn năng lượng dồi dào nhất thế giới. Nhờ chi phí giảm mạnh, điện mặt trời phát triển nhanh trong những năm gần đây, đóng góp khoảng 7% sản lượng điện toàn cầu năm 2024 và 13% sản lượng điện của Liên minh châu Âu vào năm 2025. Tuy nhiên, các tấm pin hiện nay chủ yếu được lắp trên mái nhà hoặc các trang trại điện mặt trời cố định.

Các nhà nghiên cứu cho rằng pin mặt trời perovskite có thể mở rộng khả năng ứng dụng của điện mặt trời nhờ đặc tính mỏng, nhẹ và linh hoạt.

Perovskite không phải tên một vật liệu cụ thể mà là một họ hợp chất có cấu trúc tương tự khoáng vật được nhà khoa học Đức Gustav Rose phát hiện năm 1839 và đặt theo tên nhà khoáng vật học người Nga Lev Perovski.

Phải đến năm 2009, nhóm nghiên cứu Nhật Bản mới chế tạo thành công pin mặt trời perovskite đầu tiên. Từ đó, công nghệ này được xem là một trong những hướng đột phá của ngành năng lượng tái tạo.

Ưu điểm của pin mặt trời perovskite

Một trong những lợi thế lớn nhất của pin mặt trời perovskite là hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao. Nhiều mẫu pin perovskite đơn lớp hiện đạt hiệu suất 24 - 29%, tương đương hoặc vượt một số dòng pin silicon thương mại hiện nay, vốn dao động khoảng 22 - 27%.

Đặc biệt, công nghệ này có thể kết hợp với silicon để tạo thành pin “tandem” với cấu trúc nhiều lớp giúp hấp thụ phổ ánh sáng rộng hơn. Một số mẫu tandem silicon-perovskite trong phòng thí nghiệm đã đạt hiệu suất gần 34%.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh “band gap” - vùng năng lượng hấp thụ ánh sáng - để perovskite tương thích với nhiều loại vật liệu quang điện khác nhau.

Chi phí sản xuất cũng được xem là ưu thế đáng chú ý. Pin perovskite được chế tạo ở nhiệt độ khoảng 100 - 150°C, thấp hơn rất nhiều so với mức khoảng 1.400°C cần để sản xuất tinh thể silicon. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí năng lượng và đơn giản hóa quy trình sản xuất.

Về lý thuyết, vật liệu perovskite có thể hòa tan thành dung dịch rồi phủ lên bề mặt tương tự công nghệ in công nghiệp. Một số doanh nghiệp như Perovion Technologies tại Hà Lan đang phát triển hướng sản xuất này.

Bên cạnh đó, perovskite có thể được chế tạo thành các lớp phim siêu mỏng, nhẹ và thậm chí bán trong suốt, khác với các tấm pin silicon truyền thống vốn cứng và nặng. Nhờ đặc tính linh hoạt này, công nghệ có thể triển khai trên nhiều bề mặt mà pin truyền thống khó ứng dụng, như cửa kính, lớp phủ năng lượng mặt trời, thân xe hoặc các mái nhà chịu tải kém.

Nhược điểm của pin mặt trời perovskite

Dù có nhiều tiềm năng, công nghệ pin mặt trời perovskite vẫn tồn tại không ít rào cản trước khi có thể phổ biến rộng rãi.

Một trong những thách thức lớn nhất là độ ổn định vật liệu. Perovskite khá nhạy cảm với nhiệt độ, độ ẩm và tia cực tím, khiến hiệu suất suy giảm theo thời gian. Trong khi pin silicon đã chứng minh tuổi thọ 25 - 30 năm với mức suy giảm hiệu suất có thể dự đoán được, dữ liệu vận hành thực tế dài hạn của pin perovskite hiện vẫn còn hạn chế.

Dù các công nghệ đóng gói tiên tiến đã giúp kéo dài tuổi thọ trong phòng thí nghiệm, công nghệ này vẫn chưa đạt tiêu chuẩn độ bền mà thị trường điện mặt trời hiện yêu cầu.

Một vấn đề khác là độc tính của chì. Các công thức perovskite hiệu quả nhất hiện nay thường chứa chì, một chất độc hại đối với con người và bị quản lý nghiêm ngặt tại châu Âu theo chỉ thị RoHS về hạn chế chất nguy hiểm.

Dù pin mặt trời hiện được miễn trừ một phần quy định về chì, vấn đề độc tính vẫn đặt ra rủi ro pháp lý trong tương lai. Trong khi đó, các mẫu pin perovskite không chì hiện có hiệu suất thấp hơn đáng kể.

Ngoài ra, công nghệ này vẫn chưa sẵn sàng cho thị trường đại trà. Dù một số sản phẩm đã xuất hiện trên thị trường, phần lớn công nghệ hiện vẫn trong giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm, còn cách khá xa quy mô ứng dụng phổ biến.

Trung Quốc dẫn đầu cuộc đua

Giống nhiều công nghệ xanh khác, Trung Quốc đang dẫn trước đáng kể trong lĩnh vực pin mặt trời perovskite.

Tháng 6/2025, GCL Optoelectronics khai trương nhà máy pin perovskite quy mô gigawatt đầu tiên trên thế giới. Công ty này trước đó đạt hiệu suất 19% với mô-đun perovskite thuần và hơn 29% với pin tandem.

Một doanh nghiệp Trung Quốc khác là UtmoLight cũng mở dây chuyền sản xuất 1 GW vào đầu năm 2025. Công ty cho biết các mô-đun của họ được bảo hành công suất tới 25 năm và đã triển khai trong nhiều dự án thương mại tại Trung Quốc.

Trong khi đó, Oxford PV của Anh là một trong những doanh nghiệp phương Tây nổi bật nhất trong lĩnh vực này. Công ty tách ra từ Đại học Oxford hiện đạt hiệu suất khoảng 25% và đặt mục tiêu nâng lên 30% vào năm 2030.

Pin mặt trời perovskite đang dần tiến gần hơn tới thị trường khi liên tục phá kỷ lục hiệu suất và xuất hiện những quy trình sản xuất chi phí thấp hơn. Tuy nhiên, nhiều rào cản vẫn tồn tại, gồm độ bền, độc tính và khả năng mở rộng sản xuất.

Nếu giải quyết được những vấn đề này, perovskite có thể tạo ra cuộc cách mạng cho ngành điện mặt trời giống như cách đèn LED thay đổi ngành chiếu sáng rẻ và nhẹ hơn.