Những hiểu biết mới về tổn thất năng lượng mở ra cánh cửa cho công nghệ năng lượng mặt trời sắp tới

Những hiểu biết mới về tổn thất năng lượng mở ra cánh cửa cho công nghệ năng lượng mặt trời sắp tới

    Những hiểu biết mới về tổn thất năng lượng mở ra cánh cửa cho công nghệ năng lượng mặt trời sắp tới
    bởi Đại học Princeton

    solar cells
    Ảnh: Unsplash/CC0 


    Pin mặt trời hữu cơ là một công nghệ mới nổi với nhiều hứa hẹn. Không giống như bảng điều khiển năng lượng mặt trời silicon phổ biến, chúng có khả năng nhẹ, linh hoạt và có nhiều màu sắc khác nhau, khiến chúng trở nên đặc biệt hấp dẫn đối với các ứng dụng mặt tiền hoặc đô thị. Tuy nhiên, những tiến bộ liên tục về hiệu suất của thiết bị đã bị chậm lại khi các nhà nghiên cứu nỗ lực tìm hiểu các quy trình cơ bản làm cơ sở cho cách thức hoạt động của pin mặt trời hữu cơ.

    Giờ đây, các kỹ sư tại Đại học Princeton và Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah đã mô tả một cách mới để biểu thị sự mất năng lượng trong pin mặt trời hữu cơ và đã mở rộng mô tả đó để đưa ra đề xuất về kỹ thuật chế tạo các thiết bị tốt nhất. Bước đột phá này có thể mô phỏng lại cách tiếp cận thông thường để xây dựng pin mặt trời hữu cơ. Tác phẩm của họ đã được xuất bản vào ngày 18 tháng 11 trên Joule.

    Barry Rand, đồng tác giả của nghiên cứu và phó giáo sư về kỹ thuật điện và máy tính cho biết: "Có một cách mà sự mất năng lượng trong pin mặt trời hữu cơ được mô tả và định nghĩa theo cách truyền thống. Và hóa ra cách mô tả đó không hoàn toàn chính xác". Trung tâm Năng lượng và Môi trường Andlinger.

    Rand chỉ ra rằng phương pháp truyền thống để mô tả sự mất mát năng lượng không tính đến sự hiện diện của sự rối loạn trong pin mặt trời hữu cơ. Một loại rối loạn, rối loạn động, gây ra bởi sự chuyển động thất thường của các phân tử ở cấp độ vi mô, dẫn đến sự mất mát năng lượng mà thực tế là không thể tránh khỏi ở hầu hết các nhiệt độ. Loại khác, rối loạn cấu trúc hoặc tĩnh điện, là sản phẩm của cấu trúc nội tại của các vật liệu khác nhau được sử dụng trong pin mặt trời hữu cơ, cũng như sự sắp xếp của chúng bên trong thiết bị.

    Nghiên cứu trước đây về pin mặt trời hữu cơ không tính đến sự rối loạn trong tính toán tổn thất năng lượng mang lại giá trị khoảng 0,6 electron vôn, bất kể vật liệu của thiết bị. Nhưng khi Rand và nhóm của ông kết hợp sự rối loạn vào cách họ tính toán tổn thất năng lượng và thử nghiệm nhiều thiết bị khác nhau, họ phát hiện ra rằng mức độ rối loạn đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định mức tổn thất năng lượng tổng thể của pin mặt trời hữu cơ.

    Rand cho biết: “Khi độ rối loạn của pin mặt trời tăng lên, chúng tôi thấy thành phần tổn thất năng lượng không bức xạ của chúng tôi—thành phần mà chúng tôi có quyền kiểm soát—tăng nhanh. "Sự mất mát năng lượng không bức xạ tăng theo bình phương của thành phần rối loạn."

    Sau khi chứng minh rằng tình trạng hỗn loạn ngày càng tăng khiến tổn thất năng lượng tăng mạnh trong các thiết bị, các nhà nghiên cứu đã có thể đưa ra các đề xuất về vật liệu giúp giảm thiểu tình trạng hỗn loạn và do đó dẫn đến các thiết bị hiệu quả hơn. Vì các nhà khoa học có thể chọn vật liệu mà họ sử dụng cũng như cách sắp xếp chúng trong một pin mặt trời hữu cơ nên họ có thể kiểm soát phần nào mức độ rối loạn cấu trúc trong một thiết bị nhất định.

    Khi chế tạo pin mặt trời hữu cơ, các nhà nghiên cứu có thể tập trung vào việc tạo ra hỗn hợp vật liệu đồng nhất, trong đó các phần của màng đều là tinh thể hoặc vô định hình, hoặc hỗn hợp không đồng nhất, trong đó một số phần của màng là tinh thể và các phần khác là vô định hình.

    Thông qua công việc của họ, nhóm của Rand đã chứng minh rằng khi chế tạo pin mặt trời hữu cơ, các hỗn hợp đồng nhất chiếm ưu thế tối đa. Rand cho biết để pin mặt trời hữu cơ hoạt động tốt hơn, các nhà khoa học nên sử dụng vật liệu có độ tinh thể cao hoặc vô định hình cao và tránh trộn lẫn hai loại này trong một thiết bị.

    Rand nói: “Nếu bạn có bất cứ điều gì ở giữa, một số tính không đồng nhất trong đó các phần của phim hơi kết tinh và một số phần vô định hình, đó là lúc bạn mất nhiều năng lượng nhất.

    Phát hiện này phá vỡ quy ước, vì các nhà nghiên cứu trước đây tin rằng một số mức độ không đồng nhất trong hỗn hợp pin mặt trời có lợi cho hiệu suất tổng thể. Nhưng vì nhóm của Rand phát hiện ra rằng các hỗn hợp thiết bị không đồng nhất có mức độ rối loạn cao và làm mất đi một lượng năng lượng đáng kể, nên ông nói rằng khám phá của họ có thể mang lại trọng tâm mới cho các nhà nghiên cứu khi họ theo đuổi các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ hiệu quả hơn.

    Rand cho biết: "Tính không đồng nhất thường là tâm điểm của các thiết bị. Một số mức độ kết tinh được cho là có lợi. Nhưng hóa ra đó không phải là điều chúng tôi thấy". Ông chỉ ra rằng nhiều pin mặt trời hữu cơ hiệu suất cao nhất hiện nay được cấu tạo từ các màng có độ vô định hình cao và gợi ý rằng với các công nghệ hiện có, các hỗn hợp hoàn toàn vô định hình sẽ thực dụng hơn các hỗn hợp kết tinh hoàn toàn.

    Mặc dù nghiên cứu của nhóm ông chủ yếu nhằm tìm hiểu khoa học đằng sau pin mặt trời hữu cơ, Rand hy vọng rằng những người khác có thể sử dụng công trình của họ để chế tạo các thiết bị hiệu quả hơn và cuối cùng đạt được tiêu chuẩn hiệu suất mới cho công nghệ năng lượng mặt trời đầy hứa hẹn này.

    "Khám phá này là một khía cạnh khác của pin mặt trời hữu cơ mà chúng ta có thể bổ sung vào những gì chúng ta đã biết, điều này sẽ giúp chúng ta cải thiện hiệu quả của chúng trong tương lai," Rand nói.

    Bài báo "Hiệu ứng Định lượng ảnh hưởng của rối loạn năng lượng đối với sự thất thoát năng lượng của tế bào mặt trời hữu cơ," đã được đăng trên Joule vào ngày 18 tháng 11.

    Zalo
    Hotline