Ngày 5 tháng 11 năm 2025, Sydney, Úc Một nhóm nghiên cứu của Đại học New South Wales (UNSW) đã thể hiện thành công hiệu ứng "Phân hạch đơn" ổn định trong cấu trúc pin mặt trời silicon, đánh dấu một tiến bộ đáng kể trong công nghệ quang điện. Một kỷ nguyên mới của năng lượng mặt trời hiệu suất cực cao-dự kiến sẽ được mở ra bởi bước đột phá được chờ đợi từ lâu-này, dự kiến sẽ phá vỡ các giới hạn hiệu quả về mặt lý thuyết của các tấm silicon hiện tại.
"Giới hạn Queisser Shockley{0}}" đã giới hạn hiệu suất lý thuyết lớn nhất của pin mặt trời silicon nối đơn{1}}thông thường ở mức khoảng 29,4% trong nhiều năm. Các photon năng lượng-cao (chẳng hạn như các photon từ quang phổ màu xanh lam) tạo ra nhiệt dư thay vì điện, chiếm một lượng lớn năng lượng mặt trời bị mất đi trong các tế bào này. Một giải pháp hữu hiệu cho vấn đề này đã được đề xuất: hiệu ứng phân hạch đơn.
Khi một photon năng lượng cao-tấn công một vật liệu cụ thể, nó sẽ thực hiện phản ứng hóa học tạo ra hai "exciton" (cặp electron{1}}lỗ trống), do đó nhân đôi dòng điện tạo ra từ photon ban đầu đó.
Mặc dù hiện tượng này đã được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm vật lý, nhưng tính không ổn định của vật liệu hữu cơ được sử dụng để tạo ra hiệu ứng đã cản trở khả năng ứng dụng thực tế của nó trong quang điện silicon thương mại. Những vật liệu này thường xuống cấp nhanh chóng, khiến chúng không phù hợp với tuổi thọ hoạt động lâu dài của các tấm pin mặt trời.
Thành công chính của nhóm UNSW là khám phá và sử dụng vật liệu bán dẫn hữu cơ mới và có độ ổn định cao. Nó đã bắt đầu quá trình phân hạch Singlet bằng silicon và có thể duy trì cấu trúc cũng như khả năng hoạt động của nó trong một thời gian dài.
Giáo sư chính của sáng kiến này cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi đã chuyển đổi thành công Phân hạch đơn từ một mục đích tò mò trong phòng thí nghiệm hấp dẫn thành một quy trình ổn định, có thể chế tạo được." "Người ta đã phát hiện ra một họ các hợp chất hữu cơ ổn định có thể kết hợp trơn tru thành lớp trên cùng của tế bào silicon. Lớp này làm tăng tổng dòng điện bằng cách thu giữ-các photon năng lượng cao, tiến hành phân hạch và truyền năng lượng một cách hiệu quả vào chất nền silicon. Việc tìm ra một vật liệu vừa cực kỳ hiệu quả vừa đủ bền để sử dụng hàng ngày là rất quan trọng.
Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời trên toàn thế giới có thể trải qua một sự thay đổi mô hình do sự phát triển này. Phương pháp này có khả năng tăng đáng kể hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin mặt trời mà không làm tăng chi phí sản xuất tương ứng.
Một nhà phân tích cấp cao của một công ty năng lượng bền vững cho biết: “Đây là kiểu đổi mới mang tính nền tảng mà ngành công nghiệp đang chờ đợi”. Việc đẩy nhanh quá trình chuyển đổi của thế giới sang năng lượng tái tạo phụ thuộc vào việc nâng cao hiệu quả của pin silicon so với mức ổn định hiện tại. Một công nghệ quan trọng có thể làm tăng tính phổ biến và khả năng chi trả của điện mặt trời là phân hạch đơn ổn định.
Để hướng tới các tế bào nguyên mẫu-cấp thương mại, nhóm UNSW hiện đang tập trung vào việc cải thiện khả năng tích hợp của vật liệu và mở rộng quy trình chế tạo. Nghiên cứu mà họ thực hiện có thể sẽ tạo ra tiếng vang tại các hội nghị và cuộc họp mặt trong ngành trong tương lai, chẳng hạn như Hội nghị Thượng đỉnh Đổi mới Công nghệ BC Toàn cầu tiếp theo, sau khi nó được đề cập trong bản thảo gửi cho một tạp chí khoa học có uy tín.
Giới thiệu về Đại học New South Wales (UNSW):
Một trong những cơ sở nghiên cứu và giáo dục hàng đầu của Australia, UNSW Sydney, được tôn vinh vì công trình tiên phong trong lĩnh vực khoa học quang điện. Trong hơn bốn thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã đi đầu trong công nghệ pin mặt trời, liên tục lập và phá kỷ lục thế giới về hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời.
