Khi các quốc gia trên thế giới tìm cách loại bỏ nhiên liệu hóa thạch, năng lượng mặt trời nổi lên là một trong những lựa chọn hàng đầu. Tuy nhiên, việc triển khai các trang trại pin mặt trời lớn đang cạnh tranh với nhu cầu đất trồng trọt để nuôi sống dân số toàn cầu ngày càng tăng. Đó là lúc lĩnh vực "điện nông nghiệp" xuất hiện.

Phương pháp này cho phép vừa sử dụng đất để trồng trọt vừa có thể lắp đặt pin mặt trời để tạo ra năng lượng. Điện nông nghiệp vẫn còn ở giai đoạn sơ khai và cần có những đổi mới hơn nữa để biến nó thành xu hướng chủ đạo. Pin mặt trời hữu cơ có thể là một trong những đổi mới như vậy.

Thông thường, pin mặt trời được làm từ vật liệu vô cơ như silicon khó phân hủy và bị xem là một trong những vấn đề nhân loại sẽ phải giải quyết trong vài thập kỷ nữa.

Trong một nghiên cứu, các nhà khoa học vật liệu từ Trường Kỹ thuật Samueli thuộc Đại học California, Los Angeles (UCLA), do Yang Yang dẫn đầu đã sử dụng thành phần hữu cơ, tức là những vật liệu có carbon, để tạo ra một loại pin mặt trời nửa trong suốt mới.

Thí nghiệm nhà kính sử dụng pin năng lượng mặt trời hữu cơ mới của nhóm nghiên cứu. Nguồn: Phòng thí nghiệm Yang Yang/UCLA

Pin mặt trời hữu cơ thường có nhược điểm là ánh sáng chiếu tới gây ra quá trình oxy hóa các thành phần hữu cơ, dẫn đến sự phân rã của chúng và làm giảm đáng kể hiệu quả sản xuất điện. Để khắc phục điều này, Yang cùng các cộng sự đã thêm một lớp vật liệu tự nhiên khác được gọi là L-glutathione vào pin mặt trời. Lớp phủ này ngăn không cho vật liệu bị oxy hóa và duy trì hiệu suất của chúng, ngay cả sau 1.000 giờ hoạt động liên tục.

Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra pin mặt trời hữu cơ mới bằng cách sử dụng chúng trong các nguyên mẫu nhà kính nhỏ, nơi họ trồng cây lương thực như lúa mì, đậu xanh và bông cải xanh. Họ cũng triển khai một nguyên mẫu nhà kính tương tự nhưng dùng pin mặt trời thông thường (vô cơ) để so sánh.

Kết quả chỉ ra rằng cây trồng trong nhà kính có mái làm bằng pin mặt trời hữu cơ phát triển hơn so với cây trồng trong nhà kính thông thường.

Yang cũng nghi ngờ rằng lớp L-glutathione đã ngăn chặn tia cực tím (UV) và tia hồng ngoại (IR) chiếu tới thực vật. Các tia UV có thể ức chế sự phát triển của thực vật, trong khi IR làm nóng nhà kính, dẫn đến tăng nhu cầu nước của cây trồng. Cả hai đều không xảy ra trong nhà kính với pin mặt trời hữu cơ.

Sau nghiên cứu này, nhóm đã thành lập một công ty khởi nghiệp tại UCLA nhằm mục đích tăng quy mô sản xuất pin mặt trời hữu cơ để sử dụng trong công nghiệp. Họ hy vọng sẽ tạo ra những nhà kính thân thiện với môi trường kết hợp các tấm pin năng lượng mặt trời hữu cơ có sẵn trên thị trường trong tương lai.

Mô hình sản xuất nông nghiệp kết hợp điện mặt trời sẽ tối đa hóa lợi nhuận trên cùng diện tích đất sản xuất, nâng cao hiệu quả sản xuất. Đặc biệt, nó còn góp phần giảm thiểu tác động xấu đến môi trường.