Pin mặt trời perovskite có thể phát điện ở độ sâu 10 m vừa được nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc phát triển, mở ra khả năng ứng dụng điện mặt trời dưới nước cho cảm biến, thiết bị lặn không người lái và các hệ thống IoT hàng hải.

Theo Ars Technica ngày 14/9 (giờ địa phương), nhóm của Simin Ma tại Đại học Vân Nam đã phát triển pin mặt trời perovskite bandgap rộng, được tối ưu cho môi trường dưới nước, sau đó kiểm chứng trong phòng thí nghiệm và thử nghiệm thực địa tại Biển Đông. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Joule.

Một trong những thách thức lớn của điện mặt trời dưới nước là nước hấp thụ phần lớn ánh sáng Mặt Trời, khiến phổ ánh sáng có thể khai thác thu hẹp dần theo độ sâu. Để khắc phục, nhóm nghiên cứu đã điều chỉnh thành phần perovskite nhằm phù hợp với dải bước sóng có thể xuyên xuống khoảng 10 m dưới mặt nước.

Trong thí nghiệm mô phỏng điều kiện ánh sáng ở độ sâu 10 m, thiết bị đạt hiệu suất chuyển đổi quang điện 34,71%. Trong điều kiện ánh sáng mặt trời thông thường, hiệu suất được chứng nhận ở mức 16,79%.

Vấn đề then chốt khác là độ bền của vật liệu perovskite, vốn nhạy với nước. Nhóm nghiên cứu đã bổ sung polyhexamethylene guanidine hydrochloride (PHMG) để nâng chất lượng tinh thể, đồng thời hạn chế sự dịch chuyển ion và hiện tượng tái hợp không bức xạ. Nhờ đó, cả hiệu suất lẫn độ ổn định của thiết bị đều được cải thiện.

Sau khi được bọc kín bằng lớp bảo vệ, mô-đun thử nghiệm gần như không suy giảm hiệu suất sau khoảng 1.160 giờ vận hành trong điều kiện dưới nước. Dựa trên thử nghiệm gia tốc, tuổi thọ T80 - tức thời gian để hiệu suất giảm còn 80% so với ban đầu - được ước tính vào khoảng 48.094 giờ, tương đương 5,49 năm. Tuy vậy, con số này không đồng nghĩa thiết bị đã được kiểm chứng ngoài thực tế trong hơn 5 năm.

Trong thử nghiệm thực địa tại Biển Đông, nhóm nghiên cứu hạ một mô-đun cỡ nhỏ xuống các độ sâu 2 m, 6 m và 10 m để sạc pin. Ở độ sâu 10 m, thiết bị tạo ra 324 mWh điện trong 2 giờ, đủ để sạc pin lithium-ion và vận hành đèn LED.

So với độ sâu 2 m, lượng điện thu được ở mốc 10 m chỉ còn khoảng 1/4. Tuy nhiên, ở độ sâu lớn hơn, công suất đầu ra lại ít biến động hơn do tác động của sóng giảm bớt.

Nhóm nghiên cứu kỳ vọng công nghệ này có thể trở thành nguồn điện độc lập cho cảm biến dưới nước, phương tiện lặn không người lái và hạ tầng IoT hàng hải. Dù vậy, khi độ sâu tăng thêm, lượng ánh sáng khả dụng giảm mạnh, vì vậy khả năng thương mại hóa ở từng độ sâu và độ bền dài hạn vẫn cần được tiếp tục kiểm chứng.