Hạt nano tự lắp ráp giúp tăng khả năng mở rộng và linh hoạt cho tấm quang điện mặt trời

Công nghệ nhiệt mặt trời là một phương pháp khai thác năng lượng thân thiện với môi trường và giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng nhiên liệu hóa thạch. Các hệ thống thu gom năng lượng mặt trời (NLMT) hiện tại dựa trên kỹ thuật vi mô hoặc nano không đủ khả năng mở rộng và thiếu tính linh hoạt, đồng thời phải cần đến một chiến lược mới để thu ánh sáng mặt trời hiệu suất cao, vừa phức tạp trong quá trình chế tạo lại có mức chi phí cao. Một nỗ lực hợp tác của nhóm nghiên cứu đến từ Trung Quốc và Singapore đã giải quyết được vấn đề này, cho ra đời máy thu NLMT không chỉ sử dụng các hạt nano mà còn có thể tự lắp ráp.

Hạt nano tự lắp ráp giúp tăng khả năng mở rộng và linh hoạt cho tấm quang điện mặt trời. Nguồn: WEC

Tiến sĩ Ying Li của Đại học Chiết Giang, người tham gia nghiên cứu cho biết: “Một máy thu nhiệt NLMT tốt sẽ có khả năng hấp thụ sóng và nóng lên, từ đó chuyển đổi NLMT thành năng lượng nhiệt. Quá trình này đòi hỏi độ hấp thụ cao, đồng thời máy thu NLMT cũng phải triệt tiêu bức xạ nhiệt của nó để bảo toàn năng lượng nhiệt, đòi hỏi độ phát xạ nhiệt thấp nhưng không có nghĩa là không có bức xạ”.

Máy thu NLMT của nhóm nghiên cứu có khả năng chuyển đổi năng lượng nâng cao. Thiết bị sử dụng một mẫu có kích thước nano bán định kỳ. Có nghĩa, phần lớn là một mẫu nhất quán và xen kẽ, trong khi phần còn lại chứa các khuyết tật ngẫu nhiên (không giống như cấu trúc chế tạo nano) và không ảnh hưởng đến hiệu suất của nó. Trên thực tế, việc nới lỏng các yêu cầu nghiêm ngặt về tính tuần hoàn của cấu trúc nano làm tăng đáng kể khả năng mở rộng của thiết bị.

Cấu trúc quang tử nano bán chu kỳ thể hiện độ hấp thụ cao (trên 94%) dưới ánh sáng mặt trời thông thường với độ phát xạ bị triệt tiêu cao (dưới 0,2). Các tính năng này cho phép bộ hấp thụ thể hiện mức tăng nhiệt độ nhanh và đáng kể lớn hơn 176 độ F hay 80 độ C.

Cơ chế thu năng lượng nhiệt của hạt nano tự lắp ráp giúp tăng khả năng thu gom ánh sáng mặt trời. Nguồn:WEC

Năng lượng nhiệt do thiết bị thu được có thể được chuyển đổi thành điện năng bằng cách sử dụng vật liệu nhiệt điện. Các nhà nghiên cứu đã chế tạo một máy thu nhiệt điện mặt trời phẳng linh hoạt bằng cách sử dụng các hạt nano đạt điện áp duy trì trên 20 millivolt trên mỗi centimet vuông. Năng lượng này sẽ đủ để cung cấp năng lượng cho 20 đèn LED trên mỗi mét vuông bức xạ mặt trời.

“Cấu trúc linh hoạt này và nghiên cứu cơ bản của chúng tôi có thể được sử dụng để khám phá giới hạn trên của việc thu gom năng lượng mặt trời, chẳng hạn như máy phát nhiệt điện mặt trời có thể mở rộng linh hoạt và đóng vai trò là thành phần thu NLMT hỗ trợ để tăng tổng hiệu suất của kiến trúc quang điện,” Tiến sĩ Ying Li nhấn mạnh thêm.