Màng phim giúp tăng hiệu quả tấm quang điện

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 có liên quan cơ bản đến “thay đổi ánh sáng mặt trời” thông qua việc phát triển một loại phim có thể được sử dụng trong tấm quang điện để chuyển quang phổ ánh sáng, biến tia cực tím và ánh sáng xanh (từ dải quang phổ kém hiệu quả hơn) thành ánh sáng cận hồng ngoại (nguồn hiệu quả hơn cho tấm quang điện mặt trời). 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.

Màng phim mới có thể được sử dụng để thay đổi ánh sáng mặt trời, tăng hiệu quả sử dụng tấm quang điện. Nguồn: Jukka Niittymaa/Pixabay

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%. 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%.

Màng phim mới có lợi thế là không sử dụng chì nên rất hữu ích cho môi trường và sức khỏe con người. Nguồn: WP

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. 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.