Những tế bào năng lượng mặt trời linh hoạt, bền bỉ này mỏng hơn nhiều lần so với sợi tóc người nhưng có thể tạo ra năng lượng trên mỗi kilogam gấp 18 lần so với một tấm pin mặt trời thông thường. Các tế bào pin được chế tạo từ mực bán dẫn có thể in 3D dễ dàng. Sau đó, tế bào pin được dán lên một loại vải bền, nhẹ, giúp pin mặt trời dễ dàng lắp đặt trên bất kỳ bề mặt cố định nào, cung cấp năng lượng khi di chuyển dưới dạng vải năng lượng có thể đeo được hoặc triển khai nhanh chóng ở những địa điểm xa xôi để hỗ trợ trong trường hợp khẩn cấp.

Từ thuyền đến máy bay không người lái (UAV), lều trên núi, những tế bào pin được phát triển tại MIT có thể cung cấp năng lượng cho hầu hết thiết bị ở bất kỳ vị trí nào với yêu cầu lắp đặt tối thiểu.

GS kỹ thuật điện Vladimir Bulović, tác giả cao cấp cao của bài báo mới mô tả công trình cho biết: “Các thông số được sử dụng để đánh giá công nghệ pin mặt trời mới thường bị giới hạn ở hiệu suất chuyển đổi năng lượng và chi phí tính bằng USD trên mỗi watt. Một vấn đề quan trọng không kém là khả năng tích hợp, sự dễ dàng mà công nghệ mới có thể được điều chỉnh để phù hợp".

“Các loại vải năng lượng mặt trời nhẹ cho phép tích hợp cung cấp động lực cho công việc nghiên cứu hiện nay. Chúng tôi cố gắng thúc đẩy và mở rộng khả năng sử dụng năng lượng mặt trời, do nhu cầu cấp thiết hiện nay là triển khai các nguồn năng lượng mới không phát thải carbon".

Ảnh minh hoạ.

Pin mặt trời silicon truyền thống rất dễ vỡ, vì vậy các tế bào pin phải được bọc trong thủy tinh và đóng gói trong khung nhôm dày, nặng. Cấu trúc này hạn chế vị trí và phương thức triển khai các bảng pin mặt trời, đòi hỏi phải có địa hình và điều kiện nhất định.

Để tăng khả năng tiếp cận năng lượng mặt trời, nhóm nghiên cứu tại MIT đã bắt đầu phát triển pin mặt trời màng mỏng hoàn toàn có thể in được, sử dụng vật liệu trên cơ sở mực in 3D và kỹ thuật chế tạo có thể sản xuất quy mô lớn.

Để sản xuất pin mặt trời, nhóm nghiên cứu sử dụng loại mực điện tử in 3D, phủ lên một chất nền chuẩn bị sẵn, có thể bóc ra và chỉ dày 3 micron. Sử dụng phương pháp in lụa, một điện cực được gắn lên cấu trúc để hoàn thiện module năng lượng mặt trời. Sau đó, các nhà khoa học có thể tách module in có độ dày khoảng 15 micron ra khỏi nền nhựa, hình thành một thiết bị cung cấp năng lượng mặt trời siêu nhẹ.

Sau đó, các tế bào được gắn bằng keo có thể làm cứng bằng tia cực tím lên một loại vải có tên là Dyneema, chỉ nặng 13 gram trên một mét vuông. Vật liệu này bền đến mức được sử dụng để làm dây thừng, dùng để nâng tàu du lịch Costa Concordia bị chìm từ đáy biển Địa Trung Hải.

“Mặc dù sẽ đơn giản hơn nếu chỉ in pin mặt trời trực tiếp trên vải, nhưng cách này hạn chế việc lựa chọn những loại vải khả thi hoặc các bề mặt tiếp nhận khác, tương thích về mặt hóa học và nhiệt học với tất cả những bước xử lý cần thiết để sản xuất thiết bị pin mặt trời”, nghiên cứu sinh TS Mayuran Saravanapavanantham, đồng tác giả của báo cáo khoa học cho biết.

“Phương pháp tiếp cận của chúng tôi là tách rời quá trình sản xuất pin mặt trời khỏi sự tích hợp cuối cùng lên một vật liệu cụ thể".

Khi nhóm nghiên cứu thử nghiệm thiết bị này, các nhà khoa học của MIT phát hiện, pin có thể tạo ra 730 watt điện/kg khi để tự do và khoảng 370 watt/kg nếu được dán trên vải Dyneema có độ bền cao, gấp khoảng 18 lần tỷ lệ năng lượng/kg so với pin mặt trời thông thường.

Saravanapavanantham cho biết: “Hệ thống pin năng lượng mặt trời điển hình, lắp đặt trên mái nhà ở Massachusetts có công suất khoảng 8.000 watt. Để tạo ra cùng một lượng điện năng như vậy, hệ thống quang điện bằng vải của nhóm chỉ thêm khoảng 20 kg (44 pound) lên mái nhà".

Các nhà khoa học cũng thử nghiệm độ bền của thiết bị mới và xác định được ngay cả sau khi cuộn và mở tấm pin mặt trời bằng vải hơn 500 lần, những tế bào vẫn giữ được hơn 90% khả năng phát điện ban đầu.

Hiện này còn một vấn đề tồn đọng, các nhà khoa học đang nghiên cứu phát triển loại vật liệu có thể bảo vệ các tế bào không bị hư hại bởi thời tiết và môi trường khi triển khai. “Việc bọc pin mặt trời này trong thủy tinh nặng, theo tiêu chuẩn của pin mặt trời silicon truyền thống làm giảm thiểu giá trị của phát minh, nhóm nghiên cứu hiện đang phát triển các giải pháp đóng gói siêu mỏng, chỉ làm tăng một chút trọng lượng của thiết bị siêu nhẹ hiện tại nhưng lại có độ bền cao và lâu dài” - Jeremiah Mwaura, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết.