Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học New York (NYU) Tandon (Mỹ) đã phát triển một loại màng mỏng giúp tăng hiệu quả sử dụng tấm quang điện bằng cách chuyển đổi các bước sóng ánh sáng bị lãng phí thành các bước sóng có thể được sử dụng để sản xuất điện.
1. Điểm hạn chế của silicon
Thông thường, silicon được coi là vật liệu đầu bảng cho hầu hết các tế bào quang điện, nhờ khả năng hấp thụ tốt, nhưng vẫn để lọt các bước sóng ngắn như tia cực tím và ánh sáng xanh. Đến nay đã có nhiều nghiên cứu ra đời để tận dụng tối đa dải quang phổ, nhưng kết quả chưa đạt như mong muốn.
Giải pháp mà các nhà nghiên cứu Tandon đưa ra liên quan đến “thay đổi ánh sáng mặt trời” thông qua việc phát triển một loại phim cấy ghép trong tấm quang điện để biến đổi ánh sáng, biến tia cực tím và ánh sáng xanh kém hiệu quả thành ánh sáng cận hồng ngoại hiệu quả hơn cho pin tấm quang điện.
Bởi về mặt kĩ thuật, tia cực tím có thể làm cho các tế bào suy thoái nhanh hơn. Tia UV cũng có thể gây quá nhiệt do năng lượng dư thừa mà chúng mang theo, làm giảm hiệu suất và xuống cấp sớm.
2. Thành phần của màng phim
Tấm phim được tạo thành từ vật liệu perovskite vô cơ được pha một lượng nhỏ ytterbium. Perovskite là chất hiệu quả trong việc hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển năng lượng này đến ytterbium, nơi phát ra nó dưới dạng ánh sáng cận hồng ngoại.
Trong các thử nghiệm, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các tấm màng mỏng có thể chuyển đổi các photon màu xanh lam sang màu đỏ với hiệu suất 82,5%, giúp tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng mặt trời. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều cách để cải thiện thiết kế.
Ví dụ, thay đổi nhiệt độ của quá trình sản xuất để giảm lượng bitmut thoát ra khỏi vật liệu. Màng phim thu được có hiệu suất chuyển đổi photon từ xanh dương sang đỏ cao tới 95%.
3. Kết quả khả quan
Nhóm nghiên cứu cho biết, họ có thể phá vỡ rào cản hiệu suất 100%, điều này có nghĩa là nhiều photon màu đỏ được phát ra hơn số lượng photon màu xanh lam chạm vào màng hoặc có thể lấy ra hai photon hồng ngoại trong mỗi photon tử ngoại.
Eray Aydil, tác giả chính nghiên cứu cho biết hiện nhóm đang thực hiện hai lộ trình: (1) tiến hành các thí nghiệm để tìm hiểu chi tiết về điều gì làm cho vật liệu này trở nên đặc biệt và (2) khám phá các vật liệu có cấu trúc tương tự với các nguyên tố thay thế khác nhau để đạt mức hấp thụ ánh sáng mặt trời đạt 100%.
4. Hứa hẹn trong tương lai
Trong tương lai, nhóm muốn đưa vật liệu này vào tấm quang điện mặt trời để xem chính xác mức độ hiệu quả mà vật liệu này mang lại. Màng phim mới này có một lợi thế rất hứa hẹn khác nữa, đó là chất liệu duy nhất thuộc loại này không sử dụng chì.
Bởi chì là một chất hóa học nguy hiểm và việc khai thác nó có thể là một thảm họa môi trường. Việc loại bỏ chì khỏi công đoạn sản xuất và lắp đặt, sử dụng tấm quang điện mặt trời sẽ có ý nghĩa lớn trong cuộc chiến hướng tới năng lượng tái tạo, năng lượng sạch cho tương lai.
Theo IMC/NAC.
