Nhóm nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa TPHCM vừa chế tạo thành công pin năng lượng mặt trời chất màu nhạy quang từ vật liệu nanocomposite, trên cơ sở graphene, có khả năng cải thiện hiệu suất và giảm giá thành sản xuất.
Thời gian qua, các nghiên cứu liên quan đến công nghệ pin mặt trời không ngừng cải tiến, điển hình là sự xuất hiện của pin mặt trời chất màu nhạy quang (pin DSSC). Cấu tạo của pin DSSC gồm điện cực catot, điện cực anot, lớp chất màu nhạy quang hấp phụ lên bề mặt điện cực anot và dung dịch điện ly nằm giữa hai lớp điện cực.
Hiện nay, việc nghiên cứu và thương mại hóa pin DSSC được nhiều quốc gia chú trọng phát triển vì giá thành sản xuất rẻ, nguyên vật liệu sử dụng đa dạng, độ bền, hiệu suất cao,… Vật liệu sử dụng làm catot trong pin DSSC phổ biến nhất là platin (Pt). Tuy nhiên, đây là kim loại hiếm, giá thành cao. Nhiều nghiên cứu đã sử dụng graphene (Gr) để thay thế cho Pt, do diện tích bề mặt lớn, khả năng năng dẫn điện tốt nên Gr thuận lợi cho quá trình xúc tác phản ứng dễ dàng hơn. Đối với điện cực anot, được làm chủ yếu từ TiO2. Tuy nhiên, các điện tử và lỗ trống trong TiO2 dễ dàng tái tổ hợp, làm giảm hiệu suất của pin. Do vậy, việc kết hợp giữa TiO2 với Gr, sẽ khắc phúc được hạn chế này.
Nhằm giảm giá thành sản xuất và tăng hiệu suất sử dụng của pin DSSC, nhóm tác giả Trường Đại học Bách khoa TPHCM đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite trên cơ sở graphene ứng dụng trong pin mặt trời chất màu nhạy quang”.
Trong 2 năm nghiên cứu, điện cực catot của pin DSSC được nhóm tác giả chế tạo từ vật liệu nanocomposite Gr-Pt, nhằm giảm lượng Pt (chỉ còn 53%) sử dụng trong sản xuất pin. Điện cực anot được chế tạo từ vật liệu graphene-titan dioxit (Gr-TiO2), chứa khoảng 60% Ti. Qua đó, vừa giúp giảm chi phí sản xuất pin DSSC, vừa đảm bảo hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin.
Sau khi chế tạo các vật liệu nói trên, nhóm sử dụng để chế tạo pin DSSC bằng phương pháp in lụa. Phương pháp này có ưu điểm là chi phí thấp, vận hành nhanh, có thể áp dụng phủ vật liệu lên diện tích lớn, thường được áp dụng trong nghiên cứu tổng hợp vật liệu mới.
TS Phạm Trọng Liêm Châu, chủ nhiệm đề tài cho biết, pin DSSC do nhóm chế tạo giúp cải thiện hiệu suất chuyển hóa năng lượng cao hơn gần 7%, tăng hiệu suất hơn 20% so với pin chỉ hoàn toàn sử dụng vật liệu Pt và TiO2. Thử nghiệm theo dõi độ giảm hiệu suất với điều kiện chiếu sáng liên tục trong thiết bị điện năng lượng mặt trời cho thấy, hiệu suất pin giảm không quá 2% sau khi được chiếu sáng trong 1.000 giờ.
Theo TS Châu, kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần thúc đẩy nghiên cứu các vật liệu chế tạo điện cực trong pin mặt trời; đồng thời, tạo tiền đề để mở rộng việc nghiên cứu các sản phẩm khác từ vật liệu nanocomposite trên cơ sở graphene.
Pin DSSC có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như chiếu sáng, trạm điện mặt trời, ô tô chạy bằng điện mặt trời, sản xuất hydro,...
Đề tài đã được Sở KH&CN TPHCM nghiệm thu trong năm nay.