Kể từ năm 2022, tất cả các tòa nhà mới ở bang Baden-Württemberg, Đức phải được trang bị hệ thống quang điện. Từ tháng 5, yêu cầu này cũng sẽ áp dụng cho các hộ gia đình tư nhân, hiện đang có tỷ lệ lắp đặt nguồn năng lượng mặt trời rất nhỏ.
Theo những nghiên cứu xã hội học, hạn chế này có thể không chỉ do chi phí mua sắm cao mà còn do ngoại hình kém. Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) phát triển thành công pin mặt trời màu từ vật liệu bán dẫn perovskite rẻ tiền. Những tấm pin mặt trời này có thể được tích hợp trước mặt tiền hoặc mái của các tòa nhà và có màu sắc quang học như các vật liệu xây dựng đã biết.
Tại phòng thí nghiệm, pin mặt trời perovskite đạt hiệu suất trên 25%. So với pin mặt trời silicon có hiệu suất tương tự, vật liệu perovskite rẻ hơn và phương pháp sản xuất đơn giản hơn.
GS Ulrich W. Paetzold thuộc Viện Công nghệ vi cấu trúc (IMT) của KIT cho biết, thương mại hóa công nghệ này vẫn gặp khó khăn do tính thiếu ổn định của các modules, khó chuyển giao hiệu quả cao đạt được từ quy mô nhỏ đến quy mô sản xuất công nghiệp. Nhưng đó là điều kiện tiên quyết để sử dụng công nghệ này phát triển của các modules năng lượng mặt trời giá rẻ.
Trong tương lai, các modules pin năng lượng mặt trời phải được tích hợp lên các phần tường của các tòa nhà như mặt tiền hoặc các bức tường nhiều ánh sáng mặt trời để tăng nguồn điện năng hấp thu, đồng thời vẫn giữ được cảnh quan của công trình.
Hợp tác với công ty SUNOVATION, nhóm nghiên cứu KIT phát triển các modules năng lượng mặt trời perovskite với ánh xạ quang học bằng đá cẩm thạch cho mặt tiền. Ảnh: Amadeus Bramsiepe, KIT
Giải quyết vấn đề này, nhóm nhà khoa học của GS Paetzold, phối hợp với SUNOVATION, công ty đối tác trong ngành nghiên cứu một phương pháp in phun để tạo màu cho những modules năng lượng mặt trời perovskite. Ưu điểm của kỹ thuật là có thể tô màu các modules không tốn kém và phù hợp với các bề mặt lớn hơn.
Hiển thị màu sắc không phụ thuộc vào góc chiếu của ánh sáng mặt trời
Nhóm nghiên cứu giải thích, ấn tượng màu sắc của pin mặt trời perovskite màu phụ thuộc vào góc chiếu ánh sáng tới. Với phương pháp in phun, màu sắc không phụ thuộc vào góc chiếu ánh sáng mặt trời và luôn giống nhau.
Trong các thí nghiệm, các nhà khoa học chứng minh được, phương pháp ban đầu, phát triển cho các modules năng lượng mặt trời silicon có thể được áp dụng hiệu quả với các modules năng lượng mặt trời perovskite. Pin mặt trời màu lục lam, đỏ tươi và vàng đạt tới 60% hiệu suất ban đầu khi chuyển đổi quang năng thành điện năng.
Vẻ ngoài như đá cẩm thạch nhờ sự pha trộn màu sắc
Một ưu điểm khác của kỹ thuật là, sử dụng công nghệ in phun, màu sắc có thể trộn lẫn. Điều này cho phép sử dụng phổ màu rộng và còn có thể in các mẫu màu phức tạp. Nhóm nghiên cứu tạo ra các modules năng lượng mặt trời tương tự như các vật liệu xây dựng khác nhau. Những modules năng lượng mặt trời perovskite phản xạ quang học đá cẩm thạch trắng đạt hiệu suất lên đến 14%.
Khi tích hợp quang điện trong tòa nhà, không cần thiết phải lắp hệ thống quang điện trên mái nhà hoặc mặt tiền mà thay thế bằng một module , tiết kiệm được nhiều chi phí. Khi ứng dụng quang điện tích hợp trong tòa nhà, một pin mặt trời tích hợp dù có hiệu suất nhỏ cũng sẽ giảm thiểu được 1 phần điện năng khi gắn lên một bức thường. Trong thực tế sử dụng, hiệu suất 14% là rất lớn.
