Một trong những vật liệu hữu cơ phổ biến nhất của tự nhiên—lignin—có thể được sử dụng để tạo ra pin mặt trời hữu cơ ổn định và thân thiện với môi trường. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Linköping và Viện Công nghệ Hoàng gia (KTH) hiện đã chỉ ra rằng lignin kraft chưa qua xử lý có thể được sử dụng để chế tạo pin mặt trời thậm chí còn thân thiện với môi trường hơn và đáng tin cậy hơn. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials .
Kraft lignin cải thiện tính ổn định trong pin mặt trời hữu cơ nhờ khả năng hình thành liên kết hydro hoạt động như một loại keo. Tín dụng: Thor Balkhed
Ánh sáng mặt trời hiện nay dường như là một trong những nguồn năng lượng bền vững chính. Pin mặt trời truyền thống làm từ silicon có hiệu quả cao nhưng có quy trình sản xuất phức tạp và tiêu tốn nhiều năng lượng, có thể dẫn đến sự cố tràn hóa chất nguy hiểm. Do đó, pin mặt trời hữu cơ đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu nóng nhờ chi phí sản xuất thấp, trọng lượng nhẹ và tính linh hoạt, do đó có nhiều ứng dụng, như sử dụng trong nhà hoặc gắn vào quần áo để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử cá nhân.
Nhưng có một vấn đề là pin mặt trời hữu cơ được làm bằng nhựa, hoặc polyme có nguồn gốc từ dầu mỏ. Vì vậy, mặc dù là hữu cơ nhưng chúng không thân thiện với môi trường như mong đợi.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Linköping và KTH hiện đã phát triển một pin mặt trời hữu cơ trong đó một phần của lớp vận chuyển điện tử kết nối với cực âm trong pin mặt trời được làm từ chất gọi là kraft lignin, có nguồn gốc trực tiếp từ bột gỗ. Mặc dù hiện nay chỉ có một phần nhỏ pin mặt trời được làm từ lignin nhưng mục tiêu lâu dài là chế tạo pin mặt trời gần như hoàn toàn làm từ vật liệu gỗ.
Mats Fahlman, giáo sư tại Đại học California, cho biết: "Chúng tôi muốn chế tạo pin mặt trời hiệu quả, đáng tin cậy, rẻ và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này cho phép chúng tôi chứng minh rằng điều này là có thể và là bước đầu tiên hướng tới việc thay thế các vật liệu gốc dầu hiện nay bằng các vật liệu thay thế làm từ gỗ". Phòng thí nghiệm Điện tử hữu cơ (LOE) tại Đại học Linköping.
Trong các nghiên cứu trước đây, vật liệu làm từ gỗ biến đổi về mặt hóa học đã được sử dụng để tăng độ tin cậy hoặc độ ổn định trong cả pin mặt trời hữu cơ và pin mặt trời làm từ vật liệu tinh thể perovskite. Trong nghiên cứu được công bố gần đây, các nhà nghiên cứu của Linköping đã sử dụng phiên bản lignin "thô", được gọi là lignin kraft, được chiết xuất trực tiếp từ gỗ trong quy trình sản xuất giấy. Cùng với KTH, họ đã phân tích thành phần phân tử nào của lignin phù hợp nhất cho mục đích này.
"Chúng tôi đã tạo ra một loại vật liệu hoặc composite từ kraft lignin để tạo thành lớp giao diện cực âm. Hóa ra điều này làm cho pin mặt trời ổn định hơn. Ưu điểm của kraft lignin là có khả năng tạo ra nhiều liên kết hydro , giúp ổn định pin mặt trời”, Qilun Zhang, kỹ sư nghiên cứu chính tại LOE cho biết.
Pin mặt trời hữu cơ đã được sử dụng, chủ yếu cho các ứng dụng trong nhà. Họ cũng có thể thay thế pin trong cảm biến và các thiết bị tiêu thụ năng lượng thấp tương tự. Theo Fahlman, đây là bước đầu tiên thâm nhập thị trường pin mặt trời hữu cơ. Công nghệ này sau đó có thể được mở rộng quy mô cho các ứng dụng lớn hơn như cung cấp năng lượng thuần túy. Và việc chế tạo chúng từ vật liệu gỗ sẽ làm cho toàn bộ pin mặt trời thân thiện hơn với môi trường.
Fahlman cho biết: "Pin mặt trời hữu cơ sẽ không bao giờ hiệu quả nhất. Nhưng ưu điểm của chúng là không độc hại, bền vững và rẻ tiền. Nếu chúng có hiệu suất 15%–20% thì điều đó là quá đủ cho hầu hết các ứng dụng".
