Pin mặt trời hữu cơ organic solar cells là thế hệ thứ ba của thiết bị quang điện, Trong ngành năng lượng mặt trời, các công nghệ và sản phẩm mới liên tục được đưa ra thị trường. Một trong những điều thú vị nhất – và có khả năng thay đổi cuộc chơi – đó là pin năng lượng mặt trời bằng chất hữu cơ.
Nhưng với tiềm năng rõ ràng là vô hạn của pin năng lượng mặt trời hữu cơ, tại sao chúng ta không nghe nhiều hơn về chúng? Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá pin mặt trời hữu cơ là gì, cũng như lý do tại sao chúng vẫn chưa tạo ra tác động lớn đến ngành năng lượng tái tạo.
Pin mặt trời hữu cơ hoạt động như thế nào?
Pin mặt trời hữu cơ tuân theo quy trình tương tự như cả pin mặt trời silicon đơn tinh thể và đa tinh thể . Mỗi dạng này của pin mặt trời đều tạo ra điện thông qua hiệu ứng quang điện.
Hiệu ứng quang điện là sự biến đổi trực tiếp ánh sáng thành điện năng ở cấp độ nguyên tử. Giai đoạn đầu tiên của quá trình này là sự hấp thụ ánh sáng của pin mặt trời dưới dạng các hạt năng lượng nhỏ, được gọi là photon. Sau đó, pin mặt trời tác động vào các photon khiến các điện tử rời ra khỏi vật liệu bán dẫn, sau đó chúng được nhận bởi các chất nhận điện tử.
Một khi các electron lỏng lẻo, chúng có thể chạy khắp pin mặt trời và tạo ra dòng điện qua các hạt tải điện. Dòng điện đó sau đó được thu nhận và truyền khắp ngôi nhà của bạn.
Đối với cả pin silicon và pin mặt trời hữu cơ, quá trình quang điện là như nhau. Sự khác biệt duy nhất là vật liệu bán dẫn trong mỗi pin mặt trời. Trong đó pin mặt trời truyền thống sử dụng silicon, thì pin mặt trời hữu cơ sử dụng hợp chất carbon làm chất bán dẫn.
Ưu điểm của pin mặt trời hữu cơ
Pin mặt trời hữu cơ mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng, nhà sản xuất và người lắp đặt. Số lượng lợi ích của pin năng lượng mặt trời hữu cơ dự kiến sẽ tăng lên rất nhiều khi công nghệ được phát triển hơn nữa.
Sau đây là những ưu điểm của pin mặt trời hữu cơ:
- Cấu trúc linh hoạt và nhẹ: Pin mặt trời hữu cơ rất linh hoạt và thích ứng so với pin mặt trời truyền thống. Điều này có nghĩa là chúng có thể sử dụng một diện tích lớn và được điều chỉnh để phù hợp với nhiều chất nền khác nhau. Cấu trúc linh hoạt của chúng cũng làm cho pin quang điện hữu cơ bền hơn so với các mô-đun năng lượng mặt trời khác.
- Chi phí sản xuất thấp: Với cấu trúc hòa tan của các phân tử hữu cơ, các nhà sản xuất có thể sử dụng hệ thống cuộn để cuộn ít tốn kém hơn và thân thiện với môi trường hơn so với các quy trình sản xuất khác.
- Vật liệu dồi dào : Nguồn cung cấp vật liệu cho pin mặt trời hữu cơ rất lớn. Điều này sẽ làm giảm các hạn chế về nguồn cung và giá cả, tăng hơn nữa mức tiết kiệm năng lượng mặt trời của bạn.
Nhược điểm của pin mặt trời hữu cơ
Việc nghiên cứu và phát triển pin quang điện hữu cơ vẫn đang ở giai đoạn đầu so với pin mặt trời silicon. Do đó, vẫn còn một số mối quan tâm với các tế bào hữu cơ vẫn chưa được giải quyết.
Sau đây là những nhược điểm của pin mặt trời hữu cơ:
- Hiệu suất chuyển đổi điện năng: hiệu suất tế bào của OPV thấp hơn nhiều so với tế bào silicon truyền thống. Tế bào silicon thường sẽ đạt hiệu suất từ 20% – 25%. Trong khi đó, pin mặt trời hữu cơ hiện chỉ có thể đạt từ 8% -12%.
- Tuổi thọ: tuổi thọ của pin mặt trời hữu cơ thấp hơn nhiều so với pin mặt trời truyền thống. Điều này là do các vật liệu hữu cơ bị phân hủy với tốc độ nhanh hơn nhiều khi tiếp xúc với môi trường.
Thành phần tế bào quang điện hữu cơ
Cả pin mặt trời hữu cơ và pin silicon truyền thống đều có cấu trúc gần như giống nhau. Như đã đề cập trước đây, sự khác biệt duy nhất về cấu trúc giữa hai loại tế bào là vật liệu hoạt động như chất bán dẫn hữu cơ (OSC).
Trong pin mặt trời truyền thống, lớp này được xây dựng từ silicon tinh thể. Trong khi đó, các tế bào hữu cơ sử dụng một lớp màng mỏng hoạt tính của các hợp chất gốc carbon trên lớp nhựa.
Tương lai của pin mặt trời hữu cơ
Hiện đang có nhiều nghiên cứu mở rộng về việc tối ưu hóa pin mặt trời polyme trên cơ sở quy mô lớn. Bởi vì các tế bào có cấu trúc mỏng, linh hoạt và bán trong suốt, chúng có thể được áp dụng cho những khu vực mà các tế bào truyền thống không làm được.
Đây là lý do tại sao công nghệ OPV có nhiều hứa hẹn: nó có thể cho phép các bề mặt như cửa sổ, ô tô hoặc tòa nhà tạo ra năng lượng mặt trời một cách hiệu quả.
Cho đến nay, các nhà khoa học đã chế tạo pin mặt trời hữu cơ hiệu suất cao mà trong điều kiện được kiểm soát có thể đạt hiệu suất trên 18%. Tuy nhiên, những kết quả và mức năng lượng này vẫn chưa được nhân rộng trong điều kiện thực tế. Hơn nữa, hiệu suất 18% cũng vẫn thấp hơn so với công nghệ silicon có hiệu suất trong thế giới thực lên đến 23%.
Hầu hết các nghiên cứu và phát triển trong pin quang điện hữu cơ đều tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của thiết bị về giá trị hiệu quả và tính ổn định lâu dài. Hai khía cạnh này hiện đang là những yếu tố khiến công nghệ tế bào hữu cơ quay trở lại thị trường.
Với những hạn chế hiện tại trong công nghệ OPV, có thể mất một vài năm trước khi các tấm pin mặt trời được chế tạo bằng pin mặt trời hữu cơ được tung ra thị trường. Do đó, nếu bạn quan tâm đến năng lượng mặt trời, chúng tôi khuyên bạn nên xem xét việc lắp đặt các tấm pin mặt trời silicon truyền thống.
