Vật liệu bán dẫn nhựa hữu cơ tăng hiệu quả của pin năng lượng mặt trời

Nhóm các nhà khoa học được dẫn dắt bởi giáo sư hóa học Xiaoyang Zhu, làm việc tại Đại học Texas, Austin, Hoa Kỳ, đã phát hiện ra rằng: sử dụng vật liệu bán dẫn nhựa hữu cơ có thể làm gia tăng gấp đôi số lượng của các điện tử được thu hoạch từ một photon ánh sáng mặt trời.

Giáo sư hóa học Xiaoyang Zhu

"Sản xuất pin mặt trời từ vật liệu bán dẫn nhựa với chi phí thấp là một lợi thế, thêm vào đó khám phá của chúng tôi sẽ giúp nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời của loại pin mặt trời này", theo giáo sư Zhu.

Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trên tạp chí Science, số ra ngày 16 tháng 12 năm 2011.

Hiệu suất sử dụng (về lý thuyết) của các tấm pin năng lượng mặt trời (với lớp phủ silic đóng vai trò là chất điện quang) là khoảng 31%, bởi phần lớn lượng năng lượng mặt trời (còn gọi là "các điện tử nóng") chiếu đến các tấm pin mặt trời là không thể chuyển thành điện năng sử dụng(và bị mất đi dưới dạng nhiệt). Việc tận thu "các điện tử nóng" này sẽ gia tăng hiệu suất (lên tới 66%) của việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng.

Trong kết quả nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Science, năm 2010, nhóm nghiên cứu của giáo sư Zhu chứng minh rằng "các điện tử nóng" này có thể được tận thu bằng cách sử dụng các tinh thể nano bán dẫn, tuy nhiên đây là một công nghệ không mấy khả thi khi ứng dụng vào thực tế.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu của giáo sư Zhu phát hiện ra rằng một photon sản xuất một lượng tử tối "shadow state", giúp nắm bắt cùng lúc được 2 điện tử, vốn sẽ làm gia tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời của loại pin mặt trời (chế tạo từ vật liệu bán dẫn nhựa hữu cơ).

"Cơ chế khai thác năng lượng mặt trời này làm gia tăng hiệu suất sử dụng pin mặt trời lên đến 44%, mà không cần tập trung chùm tia mặt trời, cũng như giúp phổ biến sử dụng công nghệ pin mặt trời trên phạm vi toàn cầu", theo giáo sư Zhu.

Chịu trách nhiệm chính trong nghiên cứu này là tiến sĩ thực tập Wai-lun Chan (trong nhóm của giáo sư Zhu), cùng với sự giúp đỡ của các tiến sĩ thực tập: Manuel Ligges, Askat Jailaubekov, Loren Kaake và Luis Miaja-Avila.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.