Để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng hoặc các dạng năng lượng khác một cách hiệu quả nhất có thể, bước đầu tiên là hệ thống thu hoạch ánh sáng hiệu quả. Lý tưởng nhất là nó phải có tính chất toàn sắc, tức là hấp thụ toàn bộ quang phổ của ánh sáng khả kiến.
Các râu thu thập ánh sáng của thực vật và vi khuẩn là hình mẫu cho điều này. Chúng thu được phổ ánh sáng rộng để quang hợp, nhưng có cấu trúc rất phức tạp và cần nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau để truyền năng lượng của ánh sáng được hấp thụ và tập trung nó vào một điểm trung tâm.
Các hệ thống thu thập ánh sáng do con người phát triển cho đến nay cũng có những nhược điểm:
Mặc dù các chất bán dẫn vô cơ như silicon là toàn sắc, chúng chỉ hấp thụ ánh sáng yếu. Do đó, để hấp thụ đủ năng lượng ánh sáng, cần có các lớp silicon rất dày trong phạm vi micromet, khiến pin mặt trời tương đối cồng kềnh và nặng.
Thuốc nhuộm hữu cơ phù hợp cho pin mặt trời mỏng hơn nhiều: độ dày lớp của chúng chỉ khoảng 100 nanomet. Tuy nhiên, chúng hầu như không thể hấp thụ dải phổ rộng và do đó không đặc biệt hiệu quả.
Lớp mỏng hấp thụ rất nhiều năng lượng ánh sáng
Các nhà nghiên cứu tại Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg ở Bavaria, Đức, trên tạp chí Chem , đã trình bày một hệ thống thu ánh sáng cải tiến khác biệt đáng kể so với các hệ thống trước đó.
"Hệ thống của chúng tôi có cấu trúc dải tương tự như cấu trúc của chất bán dẫn vô cơ. Điều này có nghĩa là nó hấp thụ ánh sáng toàn sắc trên toàn bộ phạm vi khả kiến. Và nó sử dụng hệ số hấp thụ cao của thuốc nhuộm hữu cơ. Kết quả là, nó có thể hấp thụ rất nhiều ánh sáng năng lượng trong một lớp tương đối mỏng, tương tự như các hệ thống thu ánh sáng tự nhiên”, giáo sư hóa học Frank Würthner của JMU cho biết.
Nhóm của ông từ Viện Hóa học Hữu cơ/Trung tâm Hóa học Hệ thống Nano đã thiết kế hệ thống thu ánh sáng tại JMU và nghiên cứu nó cùng với nhóm của Giáo sư Tobias Brixner từ Viện Hóa học Vật lý và Lý thuyết.
Bốn loại thuốc nhuộm được sắp xếp khéo léo
Nói một cách đơn giản, ăng-ten thu ánh sáng cải tiến của Würzburg bao gồm bốn loại thuốc nhuộm merocyanine khác nhau được gấp lại và do đó xếp chồng lên nhau. Sự sắp xếp phức tạp của các phân tử cho phép truyền năng lượng cực nhanh và hiệu quả trong ăng-ten.
Các nhà nghiên cứu đã đặt tên cho nguyên mẫu của hệ thống thu thập ánh sáng mới là URPB. Các chữ cái tượng trưng cho các bước sóng ánh sáng được hấp thụ bởi bốn thành phần thuốc nhuộm của ăng-ten: U là tia cực tím, R là đỏ, P là tím, B là xanh lam.
Hiệu suất đã được chứng minh thông qua huỳnh quang
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng hệ thống thu thập ánh sáng mới của họ hoạt động rất tốt bằng cách đo cái gọi là năng suất lượng tử huỳnh quang. Điều này liên quan đến việc đo lượng năng lượng mà hệ thống phát ra dưới dạng huỳnh quang. Điều này cho phép đưa ra kết luận về lượng năng lượng ánh sáng mà nó đã thu thập trước đó.
Kết quả: hệ thống chuyển đổi 38% năng lượng ánh sáng được chiếu xạ trên một phạm vi quang phổ rộng thành huỳnh quang—mặt khác, bốn loại thuốc nhuộm của riêng chúng quản lý ít hơn 1% đến tối đa 3%. Do đó, sự kết hợp đúng đắn và sự sắp xếp không gian khéo léo của các phân tử thuốc nhuộm trong ngăn xếp sẽ tạo ra sự khác biệt lớn.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
