Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Hạt nano mới giúp tấm pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng không nhìn thấy thành năng lượng (09/05/2018)

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra hạt nano mới có thể hấp thu ánh sáng hồng ngoại gần và phát xạ dưới dạng ánh sáng nhìn thấy, cho phép pin mặt trời biến đổi ánh sáng không nhìn thấy thành năng lượng có ích.

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã phủ các hạt nano cho thuốc nhuộm hữu cơ. Thuốc nhuộm này hoạt động như ăng ten, cho phép các nhà khoa học điều chỉnh khả năng chuyển đổi ánh sáng của hạt nano. Bruce Cohen, nhà nghiên cứu về đúc phân tử tại phòng thí nghiệm Berkeley Lab cho biết: “Thuốc nhuộm hữu cơ này thu được nhiều tia sáng hồng ngoại gần”.

Hầu hết các công nghệ năng lượng mặt trời tập trung vào ánh sáng nhìn thấy không hấp thụ thành công ánh sáng hồng ngoại gần, làm cho dải quang phổ mặt trời bị lãng phí. Khoảng 44% ánh sáng chiếu xuống bề mặt Trái đất là ánh sáng nhìn thấy. Bức xạ hồng ngoại chiếm đến 49,4%. Bước sóng hồng ngoại gần giống bước sóng nhìn thấy nhất. Các thí nghiệm đã chứng minh việc bổ sung thuốc nhuộm làm tăng hiệu quả của các hạt nano, khuếch đại độ sáng của ánh sáng phát xạ theo hệ số 33.000. 

Trước đây, các nhà khoa học đã chứng minh thuốc nhuộm có thể làm tăng khả năng chuyển đổi ánh sáng của các ion kim loại lanthanide bên trong các tinh thể nano, nhưng các nhà nghiên cứu không thể xác định được cơ chế đó. Các thí nghiệm lặp lại cho thấy thuốc nhuộm dễ bị hỏng sau khi tiếp xúc thường xuyên với ánh sáng hồng ngoại.

Trong các thí nghiệm gần đây, các nhà khoa học có thể tách và xác định được yếu tố được gọi là "trạng thái bộ ba" giữa thuốc nhuộm và các ion kim loại lanthanide của các hạt nano. Các nhà khoa học đã ghi lại sự tương thích giữa các số đo về phát xạ ánh sáng của thuốc nhuộm và khả năng hấp thụ ánh sáng của các hạt.

Bằng cách tăng số lượng các ion kim loại trong các hạt nano, các nhà nghiên cứu đã có thể khuếch đại thêm trạng thái bộ ba. Cohen cho biết: “Các kim loại đang đẩy thuốc nhuộm sang trạng thái bộ ba, giúp giải thích cả hiệu quả của việc truyền năng lượng và sự mất ổn định của thuốc nhuộm, vì trạng thái bộ ba có xu hướng suy giảm trong không khí”.

Vì các hạt nhỏ này hầu hết là trong suốt, nên các nhà khoa học nghĩ rằng chúng chỉ được sử dụng cho bề mặt của pin quang điện trong các tấm pin mặt trời. Các hạt có thể làm tăng khả năng của pin mặt trời trong việc khai thác năng lượng từ ánh sáng hồng ngoại mà không tác động đến khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy. 

Nguồn: N.P.D (NASATI)/Vista.gov.vn

Cập nhật: 07/5/2018