TS. Lê Xuân Lực (32 tuổi) đã cùng cộng sự nghiên cứu chế tạo pin năng lượng mặt trời uốn dẻo linh hoạt từ năm 2018. Anh cho biết đây là hướng nghiên cứu có nhiều tiềm năng và giúp phát triển ngành công nghiệp năng lượng xanh, thân thiện môi trường.
Pin mặt trời uốn dẻo là một module gồm nhiều vi tế bào quang điện (cell) kết nối với nhau bởi các điện cực kéo dài. Các cell được hình thành bởi nhiều lớp vật liệu xếp chồng lên nhau, trong đó quan trọng nhất là các lớp vàng và lớp GaAs/InGaP (vật liệu nhạy sáng) mỏng cỡ vài micromet. Đây là lớp vật liệu mỏng có chức năng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.
TS Lê Xuân Lực. Ảnh: NVCC
Theo TS Lực, các cell pin năng lượng mặt trời dạng tấm cứng có độ linh hoạt kém bởi chủ yếu sử dụng lớp vật liệu silicon, InGaP có độ giòn cao, dễ nứt gãy trong quá trình sử dụng. Đó là lý do họ phát triển module hoàn toàn mới bằng việc thiết kế lại cấu trúc vật liệu và thêm vào các lớp mới giúp tăng khả năng uốn dẻo linh hoạt trên các cell pin. “Giảm ứng suất uốn tối đa trên lớp vật liệu nhạy sáng sẽ làm giảm hư hại cho cell pin, giúp pin trở nên linh hoạt hơn”, TS Lực giải thích.
Pin của nhóm được thiết kế gồm nhiều lớp vật liệu với độ trong suốt cao. “Cấu trúc vật liệu được thiết kế giúp cho ứng suất chính trên GaAs/ InGaP là nhỏ nhất gần như bằng không từ đó hầu như không gây hư hỏng đến lớp vật liệu nhạy sáng”, anh nói. Điều này giúp giảm bán kính uốn dẻo của cell pin từ trên 10 mm xuống thấp hơn 4 mm, làm tăng tính linh hoạt trên cell pin mà không gây ra hư hại trên lớp GsAs. Đây chính là điểm đặc biệt của nghiên cứu.
Bên cạnh đó, bề mặt lớp PDMS trên cùng được thiết kế dạng các rãnh tam giác lồi cỡ 15~20 micromet để khúc xạ ánh sáng từ các hướng và thu nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn. Thiết kế này đã tăng hiệu suất của pin từ 19,46% lên 21,77%. Điện năng được chuyển đổi từ quang năng so với các thiết kế bề mặt phẳng thông thường với kích thước 12×12 cell (43,56 cm2).
Module pin mặt trời uốn dẻo do nhóm phát triển.
Nhóm nghiên cứu sử dụng mô phỏng số để có thể tính chính xác khả năng uốn dẻo và hiệu suất tế bào quang điện, yếu tố quan trọng để phát triển thương mại hóa sản phẩm. Hiệu suất pin nâng cao cùng khả năng linh hoạt giúp loại pin này có thể lắp đặt trên mọi dạng bề mặt và tiết kiệm kinh phí đầu tư. Anh dẫn ví dụ các bề mặt có độ cao cong như vỏ máy bay trinh thám không người lái được lắp đặt pin uốn dẻo làm tăng diện tích tiếp xúc và hấp thụ ánh sáng, qua đó tăng tuổi thọ và hiệu suất năng lượng sử dụng.
Pin cũng được dùng trong các thiết bị điện tử thông minh gắn trên quần áo, balo hay các thiết bị đeo trên người, gắn trên thân vỏ máy bay không người lái, thiết bị do thám quân sự hoặc quan trắc, vỏ tàu vũ trụ và vệ tinh… “Pin năng lượng mặt trời cũng góp phần lớn vào bảo vệ môi trường vì thay thế điện năng từ các nguồn như nhiệt điện hay thủy điện”, TS Lực cho hay.
Sau 5 năm thực hiện, nhóm đã làm chủ được công nghệ lõi nhằm tăng hiệu suất và mức độ uốn dẻo đến bán kính uốn là 3 (mm) và đang hoàn thiện để chuẩn bị sản xuất thương mại.
Sắp tới, nhóm của TS Lực sẽ kết hợp với Đại học Bách khoa Hà Nội và Trường Đại học Thủy lợi để mở rộng nghiên cứu ứng dụng pin năng lượng mặt trời uốn dẻo tại Việt Nam. “Chúng tôi hướng tới ứng dụng trong nông lâm nghiệp thông minh, thiết bị bay quan trắc môi trường, hoặc trên thiết bị điện tử trong thành phố thông minh giúp giảm phụ thuộc nguồn điện từ thủy điện hoặc nhiên liệu hóa thạch”, anh nói.
TS Lê Xuân Lực từng là cựu sinh viên Cơ khí (chương trình Kỹ sư, tốt nghiệp sau 4,5 năm học) và ngành Cơ điện tử (bậc Thạc sĩ, tốt nghiệp sau 1,5 năm) của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; có kinh nghiệm 5 năm làm việc tại Samsung Việt Nam với cương vị Phó phòng Nghiên cứu và Phát triển. Trong thời gian đi du học, anh đã có 3 bài báo SCIE đứng tên đầu, 1 bài báo KCI, tham gia 7 dự án nghiên cứu theo đặt hàng của Bộ Thương mại Công nghiệp và Năng lượng Hàn Quốc; có báo cáo tại 13 hội nghị quốc tế và Hàn Quốc về Vi điện tử và đóng gói bán dẫn; đạt 1 Giải thưởng báo cáo xuất sắc nhất tại hội nghị Vi điện tử và đóng gói bán dẫn tại Hàn Quốc; 1 Giải thưởng bài báo tốt nhất tại hội nghị quốc tế chuyên đề về vi điện tử và đóng gói bán dẫn…Hiện, giảng viên Lực hoàn thành sớm và bảo vệ thành công Luận án tiến sĩ ngành Nano IT Fusion chỉ trong 2,5 năm. Như vậy, anh đã tốt nghiệp sớm ở cả 3 bậc học mà mình trải qua.
Với đặc thù ngành Vi cơ điện tử và đóng gói bán dẫn của mình, TS Lê Xuân Lực mong rằng sẽ có thể góp phần phát triển lĩnh vực này ở trong nước. Và đó cũng là lý do, anh chọn trở thành giảng viên Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi.
Theo GS Choa Sung Hoon, nguyên trưởng khoa Nano IT Fusion Engineering, Đại học Khoa học và Công nghệ quốc gia Seoul, đánh giá TS Lực là nhà nghiên cứu trẻ nhiệt tình và tài năng, yêu thích giảng dạy, nghiên cứu khoa học. Ông nhận định hướng nghiên cứu về pin năng lượng mặt trời uốn dẻo là cần thiết, giúp đáp ứng nhu cầu thực tế trong phát triển công nghệ và thiết bị khoa học hiện nay. “Chúng còn có tính ứng dụng lớn trong nhiều ngành công nghệ nhất là ngành hàng không vũ trụ”.
Theo Vnexpress