Sự phát triển pin mặt trời vô hình

Tế bào quang điện là các tế bào thu nhận ánh sáng mặt trời rồi chuyển biến thành năng lượng điện, hiện nay đã trở thành phổ biến, tuy có điều là chúng khá đắt. Vì vậy từ nhiều năm nay, các tế bào quang điện chỉ xuất hiện trong các những tấm pin mặt trời nhỏ lắp đặt cho những thiết bị nhỏ như máy tính cầm tay, đèn chiếu sáng, đồ chơi…

Pin mặt trời cũng là một dạng của tế bào quang điện, được định nghĩa là một thiết bị có mang đặc tính điện (như dòng điện, điện áp hoặc điện trở), và đặc biệt là có sự thay đổi tùy theo cường độ tiếp xúc với ánh sáng.

Các tế bào quang điện riêng lẻ có thể được kết hợp cùng nhau để tạo thành các module, còn được gọi là các tấm pin mặt trời.

Về căn bản, một tấm pin mặt trời silicon tiếp nối đơn giản có thể tạo ra một mạch điện áp tối đa khoảng từ 0,5 tới 0,6 volt. Do mức điện áp tạo ra quá nhỏ nên để có được mức điện áp cần thiết, các tấm pin mặt trời cần phải có diện tích rất lớn để thu nhận ánh sáng mặt trời.

Và chính điều này đã làm cho pin mặt trời có giá đắt, chỉ có nhà nước hoặc các tập đoàn mới có khả năng để đầu tư thành lập nhà máy điện mặt trời.

Vì vậy, việc các gia đình muốn lắp pin mặt trời trên mái nhà để tự chủ về điện năng phục vụ cho sinh hoạt vẫn đang là bài toán khó.

Nhưng bù lại, các tế bào quang điện có một ưu điểm: nhờ hiệu ứng quang điện nên có thể chuyển thành điện năng mà không phân biệt là ánh sáng mặt trời hay ánh sáng nhân tạo.

Nhưng mới đây, TS. Richard Royal Lunt đã phần nào giải quyết được vấn đề. Richard Royal Lunt là một kỹ sư hóa học, nhà khoa học vật liệu, nhà vật lý, giáo sư Kỹ thuật Hóa học và Vật liệu Johansen Crosby tại Đại học Michigan (MSU, Michigan State University) ở East Lansing, Michigan, Mỹ. Phát minh của ông là sự phát triển pin mặt trời vô hình.

TS. Richard Royal Lunt và tấm pin mặt trời “vô hình” trên sân cỏ phía trước Đại học MSU.

Theo nguyên lý, để hoạt động, một tế bào quang điện cần có ba thuộc tính căn bản: hấp thụ ánh sáng và tạo ra các cặp lỗ electron hoặc exciton, tách các hạt mang điện của các loại trái ngược nhau và tách riêng các hạt mang điện đó ra một mạch bên ngoài.

Các tế bào quang điện sau đó được tổ hợp thành module hay tấm pin mặt trời, được kết nối thành chuỗi song song để cho điện áp lớn hơn nhưng kèm theo đó cũng có một số điều bất tiện về tình trạng bóng đổ cục bộ làm giảm đi phần nào hoạt động của các tấm bán dẫn.

Công trình nghiên cứu của Richard Royal Lunt lại khác. Phòng thí nghiệm của ông tập trung vào việc phát triển thiết bị điện tử chấm lượng tử và hữu cơ, nắm giữ chìa khóa phương pháp đo chiều dài khuếch tán exciton, thiết bị tập trung năng lượng mặt trời vô hình và diod phát ánh sáng nano huỳnh quang.

TS. Richard Royal Lunt và cô trợ lý Yimu Zhao, nghiên cứu sinh về Công nghệ Hóa học và Khoa học Vật liệu cùng thành quả của mình.

Ông cũng là người đồng sáng lập của Ubiquitous Energy Inc. nhằm chính thức thương mại hóa sản phẩm pin mặt trời vô hình.

Các tế bào quang điện của Lunt được tạo thành từ các phân tử có tính năng hấp thụ các bước sóng tia cực tím, tia hồng ngoại và biến nó thành điện trong khi vẫn cho các tia ánh sáng nhìn thấy được đi xuyên qua.

Được áp dụng như một lớp phủ trên màn hình của điện thoại hoặc đồng hồ thông minh, chúng tạo ra năng lượng tiện ích cho thời gian lâu hơn giữa các lần sạc. Một số thiết bị có công suất thấp với lớp phủ, chẳng hạn như đầu đọc điện tử, có thể không cần phải đấu nối vào.

Nguyên mẫu của các thiết bị có trang bị tế bào quang điện vô hình hiện đang được trưng bày tại công ty Ubiquitous Energy Inc.

Gọi là vô hình, vì trong khi các tấm pin mặt trời truyền thống phải bao gồm tới hai lớp, bên trên là tấm kính bảo vệ cho tấm bán dẫn sẫm màu bên dưới, thì sản phẩm của Lunt trong veo không khác gì một tấm kính thông thường nhờ ý tưởng đặt các tế bào quang điện vào các cạnh của tấm kính.

Chiếc motor nhỏ có gắn cánh quạt này sẽ quay khi được ánh sáng đèn chiếu vào tấm kính với các tế bào quang điện thiết trí tại hai cạnh (có phủ lớp băng keo đen).

Thiết kế này đơn giản hơn nên do đó có giá thành sản xuất rẻ hơn, đặc biệt là cho các thiết bị lớn. Ngoài ra, theo phát biểu của Lunt, công nghệ này cũng có thể áp dụng cho các tấm pin mặt trời truyền thống nếu như được thiết kế thành một lớp phủ lên trên.

Nhưng trên hết, phương thức thiết trí của lớp tế bào quang điện này còn giúp tăng sản lượng điện nhờ công năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng nhiều hơn.