Thiết kế mới giúp cải thiện hiệu suất tấm pin mặt trời
Ánh sáng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo dồi dào, giá rẻ và dễ dàng khai thác nhất hiện nay. Theo số liệu công bố từ các nghiên cứu khoa học, lượng bức xạ mặt trời đem lại mỗi năm có thể lên tới hơn 1 nghìn tỷ Kwh, vượt xa so với mức năng lượng mà thế giới cần khoảng 5000 lần. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của nguồn năng lượng này trong việc cung cấp nguồn năng lượng sạch cho trái đất.
Hiện nay, vật liệu chính để sản xuất ra các tấm pin mặt trời đó là silicon. Tuy nhiên, vật liệu này lại bị giới hạn về hiệu suất. Nguyên nhân là do một phần năng lượng từ bức xạ sóng ngắn không được chuyển thành điện mà chuyển thành nhiệt không mong muốn. Chính vì thế, các nhà khoa học đã không ngừng nghiên cứu để phát triển các vật liệu có hiệu suất cao hơn, giúp tận dụng và khai thác hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời sẵn có.
Và mới đây, các nhà vật lý tại Đại học Paderborn đã thiết kế ra loại pin mặt trời silicon bổ sung lớp vật liệu hữu cơ mới được làm từ chất bán dẫn tetracene. Khi ánh sáng có bước sóng ngắn chiếu vào lớp vật liệu này, chúng sẽ được chuyển đổi thành các “exciton” – là các điện tử có trạng thái năng lượng cao (trạng thái kích thích). Cứ mỗi điện tử năng lượng cao phân hủy trong môi trường tetracene sẽ tạo thành 2 điện tử có trạng thái năng lượng thấp (trạng thái cơ bản). Do đó, nếu các điện tử ở trạng thái năng lượng thấp chuyển thành công đến lớp silicon thì chúng có thể mang đến hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn cho tấm pin quang điện.
Bước đột phá để truyền năng lượng nhanh chóng
Để đẩy nhanh quá trình vận chuyển các kích thích điện tử từ tetracene vào silicon, các nhà khoa học đã sử dụng các mô phỏng máy tính phức tạp tại Trung tâm Điện toán Song song Paderborn (PC2), chính là trung tâm điện toán hiệu năng cao của trường đại học này.
Khi đó, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng những khiếm khuyết đặc biệt ở dạng liên kết hóa học không bão hòa trên bề mặt tiếp xúc giữa màng tetracene và lớp silicon có tác dụng làm tăng tốc quá trình vận chuyển “exciton”.
Như vậy với những nghiên cứu và chứng minh trên đây, các nhà vật lý tại Đại học Paderborn đã thành công trong việc thiết kế một loại pin mặt trời có hiệu suất gia tăng đáng kể.
