Trong hai nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học đã công bố những phương thức mới để chế tạo các pin quang điện rẻ hơn và hiệu quả hơn. Ảnh minh họa. (Nguồn: Internet) Trong một dự án, các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Toronto đã cho thấy nikel có thể thay thế vàng trong các tiếp xúc điện của pin mặt t...
Trong hai nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học đã công bố những phương thức mới để chế tạo các pin quang điện rẻ hơn và hiệu quả hơn.
Ảnh minh họa.
(Nguồn: Internet)Trong một dự án, các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Toronto đã cho thấy nikel có thể thay thế vàng trong các tiếp xúc điện của pin mặt trời hạt lượng tử dạng keo.
Trong một dự án khác, một nhóm nghiên cứu của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở California đã thêm seleni vào ôxít kẽm, và làm tăng đáng kể hiệu quả của ôxít này trong việc hấp thụ ánh sáng mặt trời.
Cả hai nghiên cứu đều có thể đem đến một công nghệ quang điện thực tế với chi phí hợp lí hơn.
Các pin mặt trời hạt lượng tử vốn đã có giá thành rẻ bởi bản thân các hạt (còn được gọi là nanocrystal) là những phần tử vật liệu bán dẫn kích cỡ nano được tạo ra thông qua các phản ứng hóa học giá thành thấp.
Dòng điện tạo ra từ các lượng tử này thông thường được thu hồi thông qua các tiếp điểm điện làm bằng vàng, tuy nhiên các nhà nghiên cứu trong Chương trình nghiên cứu quan điện của Đại học Toronto đã thành công trong việc sử dụng các tiếp điểm bằng nikel mà hiệu quả vẫn không hề thay đổi.
Ban đầu, khi thử với nikel, nó đã trộn lẫn với các hạt lượng tử, tạo thành một hợp chất ngăn dòng điện.
Tuy nhiên, bằng cách bổ sung thêm chỉ 1 nanômét lithium fluoride vào giữa nickel và các hạt lượng tử đã tạo ra một “rào chắn” ngăn hai thực thể này trộn lẫn với nhau và cho phép dòng điện di chuyển từ các hạt lượng tử sang nikel.
Các nhà nghiên cứu cho biết sử dụng các tiếp xúc bằng nikel, giá thành nguyên vật liệu của pin mặt trời hạt lượng tử sẽ giảm từ 40-80% và họ dự kiến sẽ thương mại hóa công nghệ này một khi có thể làm tăng hiệu suất chung của pin mặt trời.
Giống như nanocrystal, ôxít kẽm cũng là vật liệu có giá thành không cao. Tuy nhiên thách thức của phương pháp này là cần tăng hiệu suất hấp thụ năng lượng mặt trời.
Nhóm của Phòng nghiên cứu Berkeley đã thành công bằng cách bổ sung thêm seleni. Và chỉ cần thêm 9% seleni vào ôxít kẽm, họ đã thấy một hiệu ứng đáng kể về khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời.
Hai nghiên cứu mới mở ra hướng chế tạo pin mặt trời rẻ hơn, đồng thời duy trì hoặc cải thiện khả năng khai thác ánh sáng để tạo ra điện năng. Một công trình đến từ Đại học Toronto, công trình còn lại do nhóm nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở California thực hiện. Điểm chung của cả hai là tìm cách thay thế hoặc cải thiện vật liệu hiện có, nhằm đưa công nghệ quang điện đến gần hơn với ứng dụng thực tế.
Tại Đại học Toronto, các nhà khoa học tập trung vào pin mặt trời hạt lượng tử dạng keo, loại pin sử dụng những hạt bán dẫn kích cỡ nano để biến ánh sáng thành điện. Các hạt này, còn gọi là nanocrystal, được tạo ra thông qua những phản ứng hóa học có chi phí thấp nên bản thân chúng đã giúp giảm giá thành sản xuất. Tuy nhiên, dòng điện phát sinh từ các hạt lượng tử thường được thu hồi bằng những tiếp điểm điện làm từ vàng, một vật liệu hiệu quả nhưng đắt đỏ.
Nhóm nghiên cứu thuộc Chương trình nghiên cứu quang điện của Đại học Toronto chứng minh niken có thể thay thế vàng trong các tiếp điểm điện của loại pin này. Khi thử nghiệm ban đầu, niken trộn lẫn với các hạt lượng tử, tạo thành một hợp chất làm cản trở dòng điện di chuyển. Vấn đề tưởng như khiến phương án mới thất bại, nhưng các nhà khoa học đã tìm được cách ngăn hai vật liệu tiếp xúc trực tiếp.
Họ bổ sung một lớp lithium fluoride chỉ dày 1 nanômét vào giữa niken và các hạt lượng tử, tạo thành rào chắn ngăn chúng trộn lẫn. Nhờ lớp trung gian cực mỏng này, dòng điện vẫn có thể di chuyển từ các hạt lượng tử sang niken mà không bị suy giảm hiệu quả. Giải pháp cho thấy một thay đổi rất nhỏ trong cấu trúc vật liệu có thể xử lý trở ngại lớn của quá trình chế tạo pin mặt trời.
Theo các nhà nghiên cứu, việc sử dụng tiếp điểm niken có thể làm giảm từ 40 đến 80% chi phí nguyên vật liệu của pin mặt trời hạt lượng tử. Mức tiết kiệm này đặc biệt đáng chú ý vì vàng vốn giữ vai trò quan trọng trong việc thu hồi dòng điện từ những hạt bán dẫn nano. Dù vậy, nhóm nghiên cứu vẫn cần nâng hiệu suất chung của pin trước khi công nghệ có thể được thương mại hóa.
Nghiên cứu thứ hai tập trung vào ôxít kẽm, một vật liệu cũng có giá thành không cao và sở hữu tiềm năng sử dụng trong pin mặt trời. Trở ngại của ôxít kẽm nằm ở khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời chưa đủ hiệu quả, khiến lượng ánh sáng được chuyển thành điện còn hạn chế. Nhóm nghiên cứu của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley đã tìm cách cải thiện đặc tính này bằng cách bổ sung seleni vào ôxít kẽm.
Kết quả thử nghiệm cho thấy chỉ cần thêm 9% seleni vào ôxít kẽm, các nhà khoa học đã quan sát được sự thay đổi đáng kể trong khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời. Phát hiện này cho thấy thành phần hóa học của vật liệu có thể được điều chỉnh để tăng khả năng tiếp nhận năng lượng từ ánh sáng. Cách tiếp cận ấy vẫn dựa trên nền tảng vật liệu giá thành thấp, nhưng tạo thêm cơ hội nâng cao hiệu quả hoạt động của pin.
Hai hướng nghiên cứu chưa tạo ra sản phẩm thương mại hoàn chỉnh, nhưng cùng chỉ ra những con đường thực tế để giảm chi phí pin mặt trời. Một hướng thay vàng bằng niken và sử dụng lớp lithium fluoride dày 1 nanômét, hướng còn lại tăng khả năng hấp thụ ánh sáng của ôxít kẽm bằng 9% seleni. Nếu các bước phát triển tiếp theo đạt mục tiêu, những cải tiến này có thể hỗ trợ việc đưa công nghệ quang điện hiệu quả, hợp lý hơn về chi phí đến thị trường.
