Pin mặt trời hữu cơ (OSC)—là giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho pin mặt trời vô cơ truyền thống—có nhiều đặc điểm khiến chúng trở thành nhân tố chính trong tương lai xanh hơn. Một trong những đặc điểm này là hóa học có thể điều chỉnh, cho phép các nhà khoa học điều chỉnh hoặc sửa đổi chính xác các đặc tính của hệ thống hóa học để đạt được kết quả mong muốn. Hiện nay, các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã điều chỉnh chúng để tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng.
Hiệu suất lượng tử của pin mặt trời hữu cơ một thành phần (phải) và hiệu suất của pin mặt trời hữu cơ dị hợp khối (trái). Tín dụng: Đại học Osaka
Trong một nghiên cứu được công bố gần đây trên Angewandte Chemie International Edition, các nhà nghiên cứu từ Đại học Osaka đã báo cáo về một chất bán dẫn hữu cơ mới có hiệu suất chuyển đổi điện năng tốt hơn so với tiêu chuẩn hiện hành.
OSC nhẹ và linh hoạt và có thể được sản xuất trên quy mô lớn với chi phí tương đối thấp. Do đó, chúng rất hứa hẹn cho các ứng dụng như nông điện, nơi các diện tích đất lớn được sử dụng để đồng thời trồng trọt và biến năng lượng mặt trời thành điện.
Nhìn chung, OSC chứa hai chất bán dẫn hữu cơ, một chất để vận chuyển các chất mang điện tích được gọi là electron (chất nhận) và một chất để vận chuyển các chất mang điện tích khác được gọi là lỗ (chất cho). Một dòng điện chạy trong chất bán dẫn khi các exciton—một sự kết hợp của một electron và một lỗ dương—bị phân tách thành các chất mang điện tích này, tạo ra các cặp electron-lỗ. Exciton liên kết chặt chẽ với nhau, nhưng ánh sáng mặt trời với đủ năng lượng có thể khiến chúng phân ly và tạo ra dòng điện.
"Giảm lượng năng lượng cần thiết để phá vỡ một exciton—năng lượng liên kết exciton—giúp chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện mong muốn dễ dàng hơn", tác giả chính của nghiên cứu Seihou Jinnai giải thích. "Do đó, chúng tôi tập trung vào các yếu tố góp phần tạo nên năng lượng liên kết, một trong số đó là khoảng cách giữa electron và lỗ trống. Nếu khoảng cách này tăng lên, thì năng lượng liên kết sẽ giảm xuống".
Tổng quan về các chất bán dẫn hữu cơ đã phát triển trong nghiên cứu này. Tín dụng: Đại học Osaka
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một phân tử với các đơn vị phụ có tác dụng tách các phần của phân tử chứa electron và lỗ trống. Phân tử tổng hợp được sử dụng làm chất nhận trong OSC dị hợp khối cùng với vật liệu cho, và hệ thống cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng tăng lên so với tiêu chuẩn được chấp nhận. Phân tử này cũng được thử nghiệm như một thành phần đơn lẻ của OSC và cho thấy khả năng chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện tốt hơn.
"Phân tử mà chúng tôi thiết kế cho thấy bản chất của các đơn vị phụ trong phân tử acceptor là chìa khóa cho hành vi exciton và hiệu quả của nó", tác giả chính Yutaka Ie cho biết. "Kết quả này cung cấp một minh chứng quan trọng về những gì có thể đạt được bằng cách điều chỉnh hóa học cho các ứng dụng OSC".
Những phát hiện này cho thấy tiềm năng thiết kế hợp lý của chất bán dẫn hữu cơ và dự kiến sẽ dẫn đến các thiết bị mới bao gồm OSC hiệu suất cao và OSC trong suốt chọn lọc bước sóng. Những cải tiến chung về hiệu suất cũng dự kiến sẽ tăng cường tiềm năng của OSC trong các ứng dụng quang điện quy mô lớn, tự nhiên dẫn đến các giải pháp thay thế năng lượng xanh.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
