Chế tạo thành công pin mặt trời mỏng hơn sợi tóc người

Pin mặt trời vải siêu mỏng và nhẹ của Viện Công nghệ Massachusetts có công suất trên mỗi kg cao hơn pin mặt trời truyền thống khoảng 18 lần.

Nhóm kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) phát triển pin mặt trời vải siêu nhẹ với trọng lượng chỉ bằng 1/100 pin mặt trời truyền thống và được làm từ mực bán dẫn, đồng thời sử dụng các quy trình in có thể mở rộng quy mô để sản xuất hàng loạt trong tương lai. Nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Small Methods hôm 9/12.

Nhóm nghiên cứu MIT phát triển pin năng lượng mặt trời siêu mỏng, nhẹ có thể dán vào gần như mọi bề mặt. (Ảnh: Melanie Gonick/MIT)

Những tấm pin mặt trời mới mềm dẻo, bền chắc và mỏng hơn nhiều so với sợi tóc người. Chúng có thể cung cấp năng lượng trong lúc người dùng di chuyển dưới dạng vải năng lượng mặc trên người, hoặc được vận chuyển tới những địa điểm xa xôi và triển khai nhanh chóng trong trường hợp khẩn cấp. Vì rất mỏng và nhẹ nên pin mặt trời mới có thể dát lên nhiều bề mặt khác nhau, ví dụ như cánh buồm của một con tàu chạy trên biển, lều bạt dùng trong các hoạt động khắc phục thảm họa hoặc cánh của drone.

Để sản xuất pin mặt trời, nhóm chuyên gia sử dụng các vật liệu nano ở dạng mực điện tử in được. Sau đó, họ tìm kiếm một lớp nền nhẹ, mềm dẻo và chắc chắn để gắn các tấm pin mỏng hơn sợi tóc này vào, giúp chúng trở nên dễ lắp đặt và khó rách hơn. Cuối cùng, họ xác định vật liệu lý tưởng là Dyneema, một loại vải tổng hợp chỉ nặng 13 gram mỗi m².

Khi thử nghiệm, nhóm nghiên cứu tại MIT phát hiện pin mặt trời có thể tạo ra 730 W điện trên mỗi kg khi đứng độc lập và khoảng 370 W trên mỗi kg nếu được triển khai trên vải Dyneema siêu bền, nghĩa là công suất trên mỗi kg cao hơn pin mặt trời truyền thống khoảng 18 lần.

"Một hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà điển hình ở Massachusetts có công suất khoảng 8.000 W. Để tạo ra cùng lượng điện đó, pin mặt trời vải của chúng tôi sẽ chỉ thêm khoảng 20kg vào mái nhà", Mayuran Saravanapavanantham, đồng tác giả nghiên cứu, nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện và khoa học máy tính tại MIT, cho biết.

Nhóm chuyên gia cũng kiểm tra độ bền và nhận thấy, sau khi cuộn rồi mở các tấm pin mặt trời vải hơn 500 lần, chúng vẫn giữ được hơn 90% khả năng sản xuất điện ban đầu.

Dù nhẹ và linh hoạt hơn nhiều so với pin truyền thống, pin mặt trời mới cần được bọc trong một vật liệu khác để bảo vệ khỏi các yếu tố môi trường. Ngoài ra, vật liệu hữu cơ gốc carbon dùng để sản xuất pin có thể biến đổi khi tương tác với độ ẩm và oxy trong không khí, làm giảm hiệu suất.

"Việc bọc pin mặt trời trong lớp kính nặng, giống như pin mặt trời silicon truyền thống, sẽ làm giảm giá trị của tiến bộ mới. Vì vậy, chúng tôi đang phát triển các giải pháp bọc gói siêu mỏng và chỉ làm tăng một chút trọng lượng của các thiết bị siêu nhẹ hiện tại", Jeremiah Mwaura, nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử thuộc MIT, cho biết.