Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Vật liệu mới tăng 175% hiệu suất pin mặt trời (20/12/2012)

Một trong những lý do chính khiến pin mặt trời không chuyển đổi hiệu quả ánh nắng mặt trời thành điện là vì phần lớn ánh nắng mặt trời phản xạ lại pin hoặc không được hấp thu toàn bộ. Tuy nhiên, vật liệu mới kết cấu sandwich do các nhà khoa học thuộc trường Đại học Princeton chế tạo, đã giải quyết được vấn đề này bằng cách giảm phản xạ và tăng hấp thu, làm tăng 175% hiệu suất pin mặt trời hữu cơ. 

Vật liệu mới gồm có 5 lớp rất mỏng. Trên cùng là “lớp cửa sổ” qua đó ánh nắng mặt trời đi qua đầu tiên. Nó được làm từ lưới kim loại rất tinh vi, đường kính và khoảng cách giữa các lỗ có kích cỡ nanomet. Tiếp đến là lớp nhựa trong suốt, sau đó là lớp vật liệu bán dẫn. Mặc dù các nhà nghiên cứu đã sử dụng chất bán dẫn nhựa, nhưng cũng có thể sử dụng các vật liệu khác. Tiếp sau là lớp oxit titan và dưới cùng là lớp nhôm. 

Độ dày tổng cộng 5 lớp của vật liệu chỉ là 230 nanomet. Khoảng cách này cùng với kích thước và đường kính của các lỗ lưới, ngắn hơn độ dài bước sóng của ánh nắng mặt trời. Theo các nhà nghiên cứu, đặc tính này chỉ cho phép 4% ánh nắng được phản xạ, nhưng tỷ lệ hấp thu lên tới 96%.

Khi chuyển đổi ánh nắng mặt trời trực tiếp thành điện, vật liệu này làm tăng hơn 52% hiệu suất so với pin mặt trời hữu cơ thông thường. Hơn nữa, nó lại thu ánh nắng mặt trời từ các góc sâu tốt hơn, do đó làm tăng hiệu suất thêm 81%. Khi kết hợp với các yếu tố khác, tỷ lệ cải tiến lên đến 175%.

Vật liệu mới có thể được sản xuất với chi phí hiệu quả ở dạng tấm lớn. Nó không chỉ tăng mạnh hiệu suất, mà còn thay thế cho các điện cực bằng indium tin oxide (ITO) trong pin mặt trời hữu cơ truyền thống, hạ giá thành sản phẩm. Vật liệu kết cấu sandwich linh hoạt hơn so với ITO, do vậy, nó có thể được dùng sản xuất pin mặt trời chắc chắn hơn.

 Mặc dù nghiên cứu về sử dụng vật liệu mới trong các pin mặt trời vô cơ còn chưa hoàn thiện, nhưng các nhà khoa học tin rằng vật liệu này cũng sẽ cho phép đạt hiệu suất cao hơn. Ngoài ra, vì có thể giảm một nghìn lần độ dày của chất bán dẫn silicon trong pin mặt trời vô cơ, do đó, giá thành của pin rẻ hơn và độ linh hoạt cao hơn.

Nguồn: NASATI