Trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Chemistry, các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge, Đại học Hoàng gia London và Đại học Queen Mary London đã lần đầu tiên chứng minh cách sắp xếp phân tử khác nhau trong pin mặt trời hữu cơ có thể cải thiện khả năng hấp thụ ánh sáng, mở đường cho việc tạo ra các tấm pin mặt trời tốt hơn và rẻ hơn.
Góc nhìn từ trên xuống của mô phỏng giao diện mô hình hữu cơ. Tín dụng: Hanbo Yang và Jarvist Frost
Pin mặt trời hữu cơ sử dụng các phân tử hữu cơ nhỏ hoặc polyme hữu cơ để hấp thụ và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện. Các phân tử có thể được sản xuất tổng hợp ở thông lượng cao và các tế bào thu được có trọng lượng nhẹ, linh hoạt và giá thành rẻ. Điều này làm cho chúng có khả năng rẻ hơn, bền vững và linh hoạt hơn so với các tế bào truyền thống làm bằng silicon.
Khi ánh sáng chiếu vào một tế bào quang điện hữu cơ, nó buộc các phân tử phải chuyển electron, tạo ra dòng điện. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào sự sắp xếp của các phân tử và mức độ tương tác của chúng.
Một vấn đề là các tế bào quang điện hữu cơ vẫn kém hiệu quả hơn nhiều so với các tế bào quang điện silicon. Có thể hiểu và cải thiện các sắp xếp phân tử trong các tế bào là chìa khóa để làm cho chúng hiệu quả hơn và có khả năng cạnh tranh về mặt thương mại. Tuy nhiên, các cấu hình phân tử rất khó để mô tả vì chúng bị chôn sâu trong hệ thống và cấu trúc của chúng vẫn còn là một bí ẩn.
Hiện nay, hai đồng tác giả đầu tiên là Jeroen Royakkers của khoa này và Hanbo Yang của Khoa Vật lý tại Đại học Hoàng gia London đã đưa ra một phương pháp mới để xây dựng giao diện mô hình, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu chi tiết cấu trúc phân tử để xác định cấu trúc nào hiệu quả hơn.
Royakkers và Yang đã thiết kế một chiến lược tổng hợp để thiết kế và kiểm soát các giao diện mô hình. Sau đó, họ sử dụng các giao diện này để nghiên cứu và mô hình hóa hiệu quả của quá trình truyền phân tử ở các vị trí khác nhau.
"Một cách tiếp cận chính là mô phỏng động lực học phân tử của các vật liệu này, sau đó sử dụng chúng như 'ảnh chụp nhanh' mà chúng tôi đưa trở lại vào các mô phỏng cơ học lượng tử. Ở nhiệt độ phòng, các vật liệu này rất linh hoạt và liên tục chuyển động xung quanh", đồng tác giả Tiến sĩ Jarvist Moore Frost của Đại học Hoàng gia London cho biết.
"Sau đó, chúng ta có thể trực tiếp mô phỏng các phép đo laser, nhưng chúng ta có thông tin từ các phép tính của mình về nơi hàm sóng cơ học lượng tử của electron di chuyển đến và đi."
"Mục đích của cuộc điều tra này là nghiên cứu các quy trình kiểm soát quá trình tách điện tích ban đầu, thay vì đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao trong các thiết bị này", Royakkers cho biết. "Nhưng các mô hình của chúng tôi cho thấy một chiến lược thiết kế mới có thể dẫn đến hiệu suất chuyển đổi photon thành năng lượng điện cao hơn".
"Nghiên cứu của chúng tôi đi sâu vào hoạt động bên trong của các phân tử thu thập ánh sáng bằng cách phân tích màu sắc của ánh sáng mà chúng phát ra", đồng tác giả Tiến sĩ Flurin Eisner, Giảng viên về Năng lượng xanh tại Đại học Queen Mary London cho biết. "Chúng tôi đã quan sát thấy sự thay đổi màu sắc rõ rệt giữa các phân tử được sắp xếp theo các cấu hình khác nhau.
"Điều này cho chúng tôi biết rằng sự sắp xếp của các phân tử có ý nghĩa rất lớn đối với hiệu quả phân tách điện tích, điều này rất quan trọng đối với hiệu suất của pin mặt trời. Thật thú vị, các thí nghiệm của chúng tôi gần như khớp với các dự đoán lý thuyết, củng cố sự hiểu biết của chúng tôi về các vật liệu này. Điều này mở đường cho sự phát triển của pin mặt trời hữu cơ thế hệ tiếp theo với hiệu suất được cải thiện."
Giáo sư Hugo Bronstein, người giữ chức vụ chung trong khoa này và Khoa Vật lý, đồng thời là người dẫn đầu nghiên cứu cùng với Giáo sư Jenny Nelson và Tiến sĩ Jarvist Moore Frost tại Đại học Hoàng gia London, cho biết: "Nghiên cứu này của chúng tôi cho thấy một số cách sắp xếp nhất định của các phân tử này giúp quá trình này trở nên tốt hơn, nghĩa là hiện nay chúng ta có thể thiết kế những vật liệu mới giúp cải thiện hiệu suất của các tấm pin mặt trời".
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
