TS Nguyễn Tuyết Phương: Nhà khoa học đam mê điện Mặt trời

TS Phương kể, ngay khi tốt nghiệp THPT, chị được tuyển thẳng vào khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại học Quốc gia TPHCM). Đến khi ra trường, chị lại được giữ lại để hoàn thành bằng thạc sĩ rồi sang Đan Mạch làm đề tài cao học.

TS Phương tham gia nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của ĐH Roskilde với đề tài đậm tính ứng dụng “Khảo sát độ bền chất nhạy quang trong pin Mặt trời DSC”.

Từ đề tài này, chị nhận được lời mời nghiên cứu hợp tác của GS. Torben Lund (khoa Hóa, ĐH Roskilde) nhằm ra đời loại pin Mặt trời sử dụng chất màu nhạy quang dễ chế tạo và giá thành chỉ bằng 1/10 so với pin Mặt trời silicon hiện hành. Sau đó vượt qua hàng trăm ứng viên, chị xuất sắc nhận được học bổng toàn phần đào tạo tiến sĩ.

Hoàn thành luận án tiến sĩ, chị quyết định về nước năm 2012 và trở thành giảng viên khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TPHCM.

Chị kể: “Thời điểm đó, tôi nhận được lời mời làm việc tại châu Âu, đúng với lĩnh vực tôi đeo đuổi, nghiên cứu từ ngày đặt chân ra nước ngoài học. Gia đình cũng khuyên tôi ở lại.

Nhưng tôi đã về. Tôi biết rằng về nước sẽ thiếu thốn nhiều so với nước ngoài, nhưng ngay lúc làm việc tại nước ngoài, tôi luôn tự hỏi mình làm vì cái gì, vì ai và để làm gì?

Lĩnh vực nghiên cứu khoa học cơ bản tôi theo đuổi - với nước ngoài, người ta làm nhiều rồi - nhưng trong nước còn khá hạn chế. Tôi bắt đầu xin các tài trợ đề tài trong nước và quốc tế, công bố các bài báo khoa học.

Sau hai năm, tôi được phê duyệt một đề tài của ĐH Quốc gia TPHCM, một đề tài Nafosted (Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia), một đề tài quốc tế của Viện hàn lâm Khoa học thế giới (TWAS). Nhờ đó có được kinh phí sắm dần trang thiết bị, vật liệu nghiên cứu cho phòng lab của mình tại trường”, TS Phương kể. 

Về nước, song chị luôn giữ mối liên lạc với các giáo sư, đầu mối khoa học có được ở các nơi. Từ đó, bên cạnh tự cập nhật thông tin cho chính mình, chị coi đó là cơ hội để trao đổi thời sự, xu hướng nghiên cứu mới của thế giới với các nhà khoa học mà mình biết. Chị cho rằng, cái đáng sợ nhất là mình tụt hậu đẳng cấp khoa học so với chính mình.

Về nước, nữ tiến sĩ cùng với các thầy cô khoa Hóa, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TPHCM thành lập nhóm nghiên cứu về pin Mặt trời. Một trong những sản phẩm nghiên cứu chủ lực là pin quang điện.

Theo TS Tuyết Phương, khả năng ứng dụng nghiên cứu các giải pháp tăng cường độ bền và hiệu năng hoạt động của pin quang điện hóa sử dụng chất màu nhạy quang rất cao.

Nếu pin năng lượng Mặt trời phổ biến hiện nay chỉ có thể lắp trên mái nhà, pin quang điện hóa hoàn toàn cơ động trong việc lắp đặt. Có thể sản xuất trên tấm nhựa, cuộn tròn, gấp khúc được nhưng không làm vỡ cấu trúc của pin.

Vì tính cơ động và chất màu nhạy quang sử dụng, loại pin mà nữ tiến sĩ nghiên cứu có thể dùng như một loại vật liệu trang trí cho bức vách các tòa nhà kính đang có xu hướng nở rộ trong kiến trúc hiện nay.

Pin quang điện hóa sử dụng chất màu nhạy quang, hay còn gọi pin Mặt trời chất màu nhạy quang (dye-sensitized solar cells) là loại pin mới, được xếp vào nhóm thế hệ thứ 3 sau pin silicon, pin màng mỏng vô cơ.

Pin này có ưu điểm dễ chế tạo, giá thành thấp, hiệu quả hoạt động cao (trên 40%) trong điều kiện ánh sáng yếu nên phù hợp các ứng dụng trong nhà.

Nghiên cứu của TS Nguyễn Tuyết Phương tập trung vào 2 yếu tố: Độ bền và hiệu năng hoạt động của pin quang điện hóa sử dụng chất màu nhạy quang phức chất Ruthenium để góp phần đẩy nhanh quá trình thương mại hóa loại pin này.

Điểm đặc biệt là giúp các doanh nghiệp sản xuất ra những tấm dán pin Mặt trời có thể uốn dẻo, bẻ cong, nhiều màu sắc… để sử dụng làm cửa kính cho các tòa nhà cao tầng, vừa đáp ứng thẩm mỹ về mặt kiến trúc vừa chuyển hóa quang năng thành điện năng.

“Pin năng lượng Mặt trời phổ biến trước giờ là loại pin hoạt động theo cơ chế vật lý. Còn với pin quang điện hóa tôi nghiên cứu, phải đến những năm 1990 thế giới mới có những nghiên cứu thành công đầu tiên. Tôi thấy thú vị với hướng đi này, khởi nguồn từ một gợi ý của thầy hướng dẫn tại Đan Mạch.

Tôi nghĩ khả năng ứng dụng nghiên cứu các giải pháp tăng cường độ bền và hiệu năng hoạt động của pin quang điện hóa sử dụng chất màu nhạy quang của tôi rất cao. Nếu pin năng lượng Mặt trời phổ biến hiện nay chỉ có thể lắp trên mái nhà, pin quang điện hóa hoàn toàn cơ động trong việc lắp đặt.

Vì tính cơ động và chất màu nhạy quang sử dụng, loại pin tôi nghiên cứu có thể dùng như một loại vật liệu trang trí cho bức vách các tòa nhà kính. Bạn thử hình dung khi dán vào kính, ngoài trang trí với nhiều màu sắc khác nhau, pin còn giúp giảm nhiệt do hấp thu tia hồng ngoại, giúp ngăn tia UV nguy hại cho sức khỏe chúng ta và có thể sinh ra dòng điện. Vậy có nên dùng không?”, TS Phương hào hứng.

Hiện nhóm nghiên cứu thử nghiệm và vẫn đang mở rộng hướng nghiên cứu với nhiều vật liệu khác nhau để chọn ra loại tốt nhất kèm tiêu chí thân thiện môi trường, giá rẻ.

“Nên nếu có đơn vị nào ở lĩnh vực kiến trúc, xây dựng quan tâm đầu tư sản xuất với quy mô lớn, tôi tin giá thành sẽ chấp nhận được khi thương mại hóa sản phẩm ra thị trường”, TS Phương tự tin.

“Chúng tôi không nghiên cứu để làm ra một tấm pin Mặt trời mà quan tâm đến hiệu năng và độ bền của các thành phần vật liệu cấu thành tấm pin ấy. Dưới tác động của điều kiện tự nhiên, các vật liệu ấy bị thay đổi thế nào, phản ứng với nhau ra sao?

Các nghiên cứu về cơ chế giúp ta hiểu được bản chất của các sản phẩm công nghệ, từ đó dẫn đến những thay đổi để tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm thiểu sự hư hỏng và tăng hiệu năng cho pin. Công trình này là bước phát triển tiếp theo từ luận án tiến sĩ của tôi ở Đan Mạch.

Nghiên cứu này được chúng tôi công bố trên các tạp chí quốc tế uy tín, trong đó có các tạp chí dẫn đầu trong lĩnh vực chuyên ngành hẹp về năng lượng Mặt trời, khoa học về bề mặt vật liệu. 12 trong số 13 công bố này được đăng trên các tạp chí trong hệ thống ISI - Q1, với tổng chỉ số IF khoảng 49”, TS Phương chia sẻ.

Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cơ bản mà các nhà khoa học như TS Phương đang gặp khi triển khai vào thực tiễn còn hạn chế. Sở dĩ có điều đó là do các nghiên cứu ứng dụng cần phải có sự phối hợp liên ngành và đa ngành; trong khi nghiên cứu của các nhà khoa học tập trung vào chuyên môn sâu và chuyên ngành hẹp.

Mặt khác thị trường khoa học công nghệ hiện nay mới được hình thành, cơ chế chính sách và thông tin khoa học chưa hoàn thiện, còn thiếu kết nối giữa nhà khoa học và doanh nghiệp; nhiều sản phẩm nghiên cứu hữu ích, có giá trị thực tiễn cao nhưng không thể có địa chỉ chuyển giao.

Trong khi các doanh nghiệp cần sản phẩm lại đi tìm kiếm, thậm chí phải mua của nước ngoài với giá cao. Từ đó, gây lãng phí cả tiền bạc, thời gian và chất xám của nguồn lực trong nước.

TS Phương nhắn nhủ người làm khoa học trẻ: “Nghiên cứu không chỉ là ứng dụng ngay, còn cho bạn giá trị về kiến thức, tư duy khoa học làm cơ sở để cập nhật kiến thức mới, là nền tảng quan trọng để phát triển tiếp lên ứng dụng một cách chắc chắn và đúng hướng.

Tôi cũng muốn nhắn gửi rằng không nên chỉ đòi hỏi kết quả nghiên cứu phải có tính ứng dụng ngay hoặc ứng dụng nghĩa là phải cầm, nắm được. Chẳng hạn nghiên cứu của tôi là cơ bản nhưng nhà sản xuất có thể dựa vào đó để chế tạo pin với thành phần chất điện ly đúng để cải thiện độ bền cho pin”.