Cấu trúc nano ổn định: phát triển vật liệu cho các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ

(KHCN)- Là một phần của nghiên cứu trên tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ, các nhà nghiên cứu của trường Đại học Martin Luther và Đại học Bayreuth (Đức) đã thành công trong việc tác động trên cấu trúc của polyme chuỗi dài, do đó mà họ tạo ra các cấu trúc có kích thước giảm và hoạt động điện. Phát hiện này có thể cung cấp các cơ hội trong phát triển các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ.

Ảnh minh họa

Ý tưởng về sử dụng năng lượng mặt trời đã xuất hiện cách đây 100 năm, nhưng mãi cho tới ngày nay thì công nghệ mới đáp ứng được điều này. Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái sinh tốt nhất bởi chúng ta sẽ không bao giờ thấy ánh sáng mặt trời cạn kiệt cả.

Lớp quang hoạt của tế bào năng lượng mặt trời là một hỗn hợp gồm các hạt nano vô cơ và polyme hữu cơ. Như vậy, thành công của các nhà khoa học với phương pháp đốm lượng tử là một bước đột phá, mở ra tiềm năng nâng cao hiệu quả hơn nữa cho loại pin mặt trời này.

Tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ thuộc thế hệ tế bào năng lượng thứ 3 và hiện vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Trên thế giới, tấm pin mặt trời có lớp tế bào bao phủ kỷ lục là 7% được tạo ra bằng phương pháp hóa học ướt. So với tế bào silicon thông thường được sử dụng để tạo ra năng lượng trên quy mô lớn, tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ mỏng và linh hoạt hơn đồng thời giá cả sản xuất hợp lý và thời gian chế tạo ra nhanh hơn; do vậy rất thích hợp trong sản xuất thiết bị nguồn và các hệ thống có tần suất sử dụng không lớn như cảm biến hoặc các thiết bị điện.

Trong thực tế, các tế bào năng lượng mặt trời có trên thị trường được thực hiện bằng vật liệu vô cơ như silicon. Có thể thay thế ít nhất một lớp của các tế bào này bằng một vật liệu hữu cơ, chủ yếu là polymer sẽ làm giảm chi phí sản xuất và cung cấp nhiều lợi thế tự nhiên: cấu trúc ít mong manh, dễ dàng sản xuất và lắp ráp. Nhưng vẫn còn một số việc phải làm trước khi sử dụng năng lượng mặt trời hữu cơ trong các ứng dụng hiện tại, bao gồm cả vấn đề hiệu suất. Trong khi các tế bào năng lượng mặt trời thông thường đạt hiệu quả khoảng 18%, các bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm trên các tế bào hữu cơ cho thấy hiệu quả lên tới 9% hiện nay.

Thomas Thurn-Albrecht, người đứng đầu nhóm nghiên cứu "Vật lý thực nghiệm của polyme" của trường Đại học Martin Luther cho biết: "Mặc dù còn nhiều câu hỏi chưa được trả lời, nhưng đó là một bước tiến đầy hứa hẹn đối với vật liệu tối ưu và phù hợp với quang điện hữu cơ. Cấu trúc nano được phát hiện bởi các nhà nghiên cứu có được ổn định theo thời gian, do đó là “ứng cử viên tốt” để nghiên cứu thêm. Đây là thành công bước đầu trong khuôn khổ hợp tác của các nhà vật lý và hóa học tại Đại học Halle và Bayreuth.