Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Kansas đã phát hiện ra rằng các chất bán dẫn hữu cơ được gọi là chất nhận không phải fullerene có hiệu suất cao đối với pin mặt trời nhờ dòng nhiệt ngược.
Hình ảnh: Đại học Kansas
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Kansas đã nghiên cứu một hiệu ứng phản trực giác trong chất bán dẫn hữu cơ có thể dẫn đến hiệu suất của pin mặt trời cạnh tranh với các tấm pin mặt trời silicon truyền thống. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials .
Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang tích cực thử nghiệm các vật liệu thay thế cho silicon để sản xuất pin mặt trời. Trong khi silicon mang lại hiệu quả và độ bền cao, vẫn có những vật liệu khác dồi dào hơn có thể đóng vai trò là giải pháp thay thế có chi phí thấp hơn. Silicon cũng cứng, trong khi một số vật liệu quang điện đã chứng minh được khả năng lắng đọng linh hoạt trên các bề mặt không bằng phẳng thành các lớp mỏng.
Một loại vật liệu mà các nhà nghiên cứu đang phát triển được gọi là chất bán dẫn "hữu cơ". Các chất bán dẫn gốc carbon này có nhiều trên Trái đất, không đắt và có khả năng thân thiện với môi trường hơn.
Wai-Lun Chan, phó giáo sư vật lý và thiên văn học tại Đại học Kansas, cho biết: "Chúng có khả năng giảm chi phí sản xuất tấm pin mặt trời vì những vật liệu này có thể được phủ lên bề mặt tùy ý bằng các phương pháp dựa trên dung dịch - giống như cách chúng ta sơn tường".
Chan cho biết những vật liệu hữu cơ này có thể được điều chỉnh để hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng cụ thể. Các vật liệu này có thể được sử dụng để tạo ra các tấm pin mặt trời trong suốt hoặc các tấm pin có màu sắc cụ thể, khiến chúng trở nên phù hợp để tích hợp với các tòa nhà bền vững.
Chất bán dẫn hữu cơ hiện đã được sử dụng trong các tấm màn hình của thiết bị điện tử tiêu dùng như điện thoại di động và TV. Chúng vẫn chưa được thương mại hóa trong PV, vì hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện của chúng chỉ khoảng 12%, chỉ bằng một nửa so với tấm pin mặt trời silicon truyền thống.
Tuy nhiên, việc sử dụng một loại vật liệu mới gọi là chất nhận không phải fullerene (NFA) có thể giúp thu hẹp khoảng cách về hiệu quả. Các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ được tạo ra bằng NFA đã chứng minh hiệu quả gần 20%.
Sự gia tăng đáng kể về hiệu suất từ NFA xảy ra do một hiệu ứng phản trực giác. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng một số electron bị kích thích trong vật liệu thu được năng lượng từ môi trường, thay vì mất năng lượng thông qua entropy.
Chan cho biết: "Quan sát này trái ngược với trực giác vì các electron bị kích thích thường mất năng lượng vào môi trường giống như một tách cà phê nóng mất nhiệt vào môi trường xung quanh".
Các nhà nghiên cứu tin rằng sự gia tăng năng lượng có thể là do hiệu ứng lượng tử trong các electron, trong đó một electron có thể xuất hiện trên nhiều phân tử cùng một lúc. Hiệu ứng lượng tử này, kết hợp với Định luật nhiệt động lực học thứ hai, nêu rằng mọi quá trình vật lý sẽ dẫn đến sự gia tăng tổng entropy, dẫn đến sự gia tăng năng lượng bất ngờ.
“Trong hầu hết các trường hợp, một vật nóng truyền nhiệt cho môi trường xung quanh lạnh của nó vì sự truyền nhiệt dẫn đến sự gia tăng tổng entropy”, Rijal cho biết. “Nhưng chúng tôi thấy rằng đối với các phân tử hữu cơ được sắp xếp theo cấu trúc nano cụ thể, hướng điển hình của dòng nhiệt bị đảo ngược để tổng entropy tăng lên. Dòng nhiệt đảo ngược này cho phép các exciton trung tính hấp thụ nhiệt từ môi trường và phân ly thành một cặp điện tích dương và âm. Các điện tích tự do này có thể tạo ra dòng điện”.
Các nhà nghiên cứu cho biết cơ chế này có thể được sử dụng để tạo ra các tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả hơn. Họ cũng tin rằng nó có thể hữu ích khi áp dụng cho chất xúc tác quang để sản xuất nhiên liệu năng lượng mặt trời, một quá trình quang hóa sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu hữu cơ.
Nội dung này được bảo vệ bản quyền và không được phép sử dụng lại. Nếu bạn muốn hợp tác với chúng tôi và muốn sử dụng lại một số nội dung của chúng tôi, vui lòng liên hệ: editors@pv-magazine.com.
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
