Nhóm nghiên cứu do TS Đào Quang Duy (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội) dẫn đầu hiện đang phối hợp với nhóm nghiên cứu của GS Ozaki (Trường Đại học Osaka, Nhật Bản) phát triển vật liệu nguyên tử nhỏ phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin làm vật liệu chuyển tiếp lỗ trống. Những vật liệu này có độ linh động hạt tải cao, có thể tan trong nhiều dung môi hữu cơ, dễ dàng chế tạo bằng phương pháp quay phủ, và do đó phù hợp để có thể làm lớp chuyển tiếp lỗ trống trong các pin mặt trời perovskite.

Theo TS Đào Quang Duy, vật liệu mới phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin có những tính chất cực kỳ phù hợp để tạo thành lớp chuyển tiếp lỗ trống trong các tấm pin năng lượng mặt trời perovskite. Đây là vật liệu quan trọng giúp làm tăng độ bền cũng như tuổi thọ của loại pin perovskite. Ở tấm pin năng lượng mặt trời perovskite, không giống với pin mặt trời sillic truyền thống, các lớp chuyển tiếp lỗ trống sử dụng vật liệu dạng rắn (thay vì dùng điện phân lỏng), khả năng hấp thụ và khuếch tán năng lượng tốt.  

TS Đào Quang Duy và cộng sự đã áp dụng công nghệ quay phủ để chế tạo vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin. Ưu điểm của công nghệ này là chi phí phải chăng mà vẫn đảm bảo tấm pin tăng sức bền dẻo và độ ổn định.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin có độ linh động hạt tải mang điện cao. Bên cạnh đó, nó dễ dàng hòa tan trong các dung môi hữu cơ và có khả năng bảo vệ lớp vật liệu perovskite. Ngoài ra, cấu trúc tinh thể của pin giúp quá trình chuyển đổi thành điện năng từ các photon của nguồn ánh sáng mặt trời được diễn ra hiệu quả.

Ngay cả khi chưa được tối ưu hóa, tấm pin mặt trời sử dụng vật liệu hữu cơ nguyên tử nhỏ phthalocyanine-tetrabenzoporphyrin làm lớp chuyển tiếp lỗ trống vẫn có hiệu suất chuyển đổi năng lượng ở mức cao (15%). Một ưu điểm nổi bật khác của vật liệu này là không cần pha tạp, có thể làm tăng độ bền của tấm pin lên gấp hai lần, bảo vệ lớp perovskite bên ngoài.

Mặc dù hiệu suất này tương đương với pin silic truyền thống, nhưng việc chế tạo vật liệu mới được nhóm chú ý đến giá thành chế tạo hợp lý, dễ dàng áp dụng công nghệ và ít ảnh hưởng tới môi trường vì không cần sử dụng thêm các hợp chất pha tạp. Trong thời gian tới, chúng tôi sẽ tối ưu hóa các lớp vật liệu khác trong pin mặt trời perovskite để nâng cao hơn nữa hiệu suất của pin, qua đó giúp công nghệ sản xuất pin mặt trời perovskite tiến thêm một bước trong quá trình thương mại hóa. Để tăng cao hiệu suất, sẽ phải mất thêm thời gian nghiên cứu, nhưng đây là triển vọng lớn để phát triển ngành năng lượng tái tạo vốn đầy tiềm năng ở Việt Nam.

Hiện nay, công nghệ tinh thể silicon chiếm khoảng 90% thị phần trong ngành sản xuất pin mặt trời. Ngoài ra, có các loại vật liệu khác như pin mặt trời hữu cơ, pin mặt trời sử dụng các bán dẫn vô định hình, pin mặt trời sử dụng các màng mỏng đa tinh thể, pin mặt trời sử dụng vật liệu perovskite… Pin phải có các tiêu chí là hiệu suất pin cao, độ bền của pin tốt và công nghệ chế tạo đơn giản, rẻ tiền.

Do đó, thành công của nhóm các nhà nghiên cứu Việt Nam được kỳ vọng sẽ  tạo nên một loại pin năng lượng mặt trời perovskite mới với độ bền cao, không gây ô nhiễm môi trường và có mức giá phải chăng.

Bình An