Giải pháp chế tạo pin mặt trời kích
thước lý tưởng
Một tế bào năng lượng kích thước nano mô hình cấu trúc xoắn đồng trục có
khả năng cung cấp năng lượng hiệu quả hơn bất kỳ tế bào nào trước đó, giúp
tạo ra một loại pin năng lượng mặt trời màng mỏng sử dụng công nghệ nano,
giải quyết được những khó khăn vốn có liên quan đến việc tập trung ánh
sáng và tạo ra dòng điện của tế bào thường.
Quá trình nghiên cứu để nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng cho các
tế bào mặt trời màng mỏng lâu nay luôn gặp nhiều khó khăn về mặt cạnh
tranh quang học và các hạn chế điện tử. Một tế bào phải đủ dày để tập trung
được lượng ánh sáng cần thiết, nhưng đồng thời cũng phải đủ mỏng để có
thể chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện.
Các nhà vật lý thuộc Trường Cao đẳng Boston đã tìm ra cách thức giúp giải
quyết vấn đề “mỏng – dày” này bằng cách tạo ra một tế bào năng lượng mặt
trời kích thước nano có hình dạng như vòng xoắn đồng tâm – một khái niệm
công nghệ vô tuyến được sử dụng nhiều trong thời kỳ phát triển các kênh
thông tin liên lạc xuyên Đại Tây Dương giữa thế kỷ 19.
Nhiều nhóm khoa học trên toàn thế giới đã liên tục thực hiện các nghiên cứu
về các tế bào năng lượng mặt trời dạng dây nano (nanowire-type), hầu hết
đều sử dụng chất bán dẫn kết tinh. Loại tế bào xoắn đồng tâm không đòi hỏi
vật liệu kết tinh, do đó có giá thành thấp hơn với bộ giảm xóc siêu mỏng.
Nếu tiếp tục được phát triển tối ưu hóa bằng cách sử dụng một số lượng nhỏ
vật liệu có giá thành thấp, hiệu quả năng lượng vượt trội hơn của tế bào xoắn
đồng tâm so với tế bào phẳng thông thường hòan tòan có thể đạt được.
Về mặt quang học, tế bào năng lượng xoắn đồng tâm nano đủ độ dày để tập
trung ánh sáng mặt trời, đồng thời cấu trúc của nó cho phép đạt đến độ mỏng
phù hợp để chuyển đổi ánh sáng thành điện năng một cách hiệu quả nhất.
Điều đó giúp tế bào năng lượng xoắn đồng tâm nano trở thành một nền tảng
năng lượng có giá thành thấp và hiệu quả cao.
Được tạo ra từ silicon vô định hình, tế bào xoắn đồng tâm nano giúp tăng
hiệu quả chuyển đổi năng lượng lên 8%, cao hơn hẳn so với bất kỳ tế bào
năng lượng mặt trời màng mỏng nào hiện nay.
Ngoài ra, thiết kế siêu mỏng của tế bào còn cho phép giảm hiệu ứng thoái
biến cảm ứng ánh sáng Staebler-Wronski – một thách thức lớn đối với các tế
bào thường.
Trong các hệ thống lớn, trọng lượng có thể được sử dụng để tạo thành sự tự
lắp ráp và trong quá trình hóa học hệ thống nano có thể sử dụng được, nhưng
giữa hai mức độ, trong phạm micro mét thì có nhiều khó khăn hơn. Để khắc
phục những khó khăn, Kneusel và Jacobs đã thiết kế một lớp mỏng chất nền
dẻo cho tấm đồng bằng cách phủ propylene-terephthalate (PET). Những vết
lõm thông thường cùng kích thước được khắc lên trên lớp PET và sau đó
được nhúng trong một bể hàn nhúng, ở đây lớp này được phủ đồng lộ sáng
trong lúc khắc ăn mòn.
có thể điều chỉnh phương pháp của họ cho phù hợp với các thành phần nhỏ
hơn và các thiết bị lắp ráp lớn hơn, và có thể sử dụng kỹ thuật lắp ráp một
cách kinh tế và nhanh chóng tất cả các loại thiết bị điện tử chất lượng cao
trên nhiều loại chất nền dễ uốn hoặc khó uốn, kể cả các chất dẻo, chất bán
dẫn hay kim loại. Hệ thống này có thể được sử dụng trong một số ứng dụng
như pin mặt trời, màn hình video và các thiết bị bán dẫn nhỏ.