Nâng cao hiệu suất module pin quang điện cho buồng thu năng lượng của máy sấy nông sản

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nâng cao hiệu suất module pin quang điện cho buồng thu năng lượng của máy sấy nông sản trình bày kết quả chế tạo và khảo sát tính chất quang điện của module pin mặt trời cấu trúc 06 lớp ITO/PEDOT + nc – TiO2 /MEH-PPV/LiF/Alq3/Al.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nâng cao hiệu suất module pin quang điện cho buồng thu năng lượng của máy sấy nông sản

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 NÂNG CAO HIỆU SUẤT MODULE PIN QUANG ĐIỆN CHO BUỒNG THU NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY SẤY NÔNG SẢN Trần Thị Chung Thuỷ Trường Đại học Thuỷ lợi, email: tranchungthuy@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Như đã biết, hiệu suất chuyển đổi năng Máy sấy nông sản dùng năng lượng mặt lượng của các module pin quang điện phụ trời là một trong các ứng dụng khá phổ biến thuộc nhiều vào công nghệ chế tạo, cấu trúc và hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời vô tận của pin. Pin cấu trúc đa lớp ITO/PEDOT + nc và quý giá. –TiO2/MEH-PPV/Al thay thế cho các pin Các kết quả chế tạo, nghiên cứu và khảo đơn lớp là một trong các giải pháp nhằm tăng sát sự hoạt động của máy sấy nông sản dùng hiệu suất chuyển đổi năng lượng [5]. năng lượng mặt trời, trong đó buồng thu năng Hiệu suất của pin được tiếp tục cải thiện lượng mặt trời có nhiệm vụ thu nhận và nhờ cấu trúc đa lớp với lớp truyền điện tử chuyển đổi quang năng thành nhiệt năng đã LiF/Alq3, có tác dụng tăng hiệu suất truyền được báo cáo [2], [3]. điện tử về các điện cực âm của pin, làm tăng Hiệu suất chuyển đổi quang năng của máy dòng quang điện cho mạch ngoài. tiếp tục được cải thiện nhờ phương án tích Trong báo cáo này, các kết quả chế tạo và hợp đồng thời cơ chế chuyển đổi năng lượng khảo sát tính chất quang điện của module pin mặt trời thành nhiệt (hiệu ứng nhà kính) và mặt trời cấu trúc 06 lớp ITO/PEDOT + nc – điện (hiệu ứng quang điện) [4]. Thế hệ máy TiO2 /MEH-PPV/LiF/Alq3/Al được trình bày sấy này được bổ sung thêm các module pin chi tiết. mặt trời hữu cơ nhằm chuyển đổi quang năng thành điện năng để làm quay hệ thống quạt, 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU hỗ trợ quá trình sấy khô được nhanh và hiệu quả hơn (Hình 1). Lớp nhạy quang của module pin mặt trời được chế tạo bằng công nghệ quay phủ li tâm dung dịch gồm 2 mg polymer MEH-PPV + 1 ml dung môi xylene. Tốc độ quay phủ màng là 1500 vòng/ phút. Lớp truyền lỗ trống được chế tạo từ tổ hợp PEDOT và các hạt nanô TiO2 có kích thước hạt trung bình là 5 nm.Bột nanô TiO2 được hòa trộn vào dung dịch PEDOT-PSS, tỷ lệ phần trăm khối lượng của TiO2 trong hỗn hợp 30% (30% wt). Dung dịch được khuấy bằng máy khuấy từ và rung siêu âm trong 8 Hình 1. Mô hình máy sấy nông sản dùng giờ để phân tán các hạt nanô TiO2. năng lượng mặt trời, có buồng thu năng Lớp truyền điện tử LiF/Alq3 được chế tạo lượng tích hợp việc thu nhận và chuyển đổi bằng phương pháp bốc bay nhiệt trong điều năng lượng mặt trời thành nhiệt và điện [3] kiện chân không cao, cỡ 10-5 torr. 588
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 Các lớp màng chức năng của pin được xử Kết quả khảo sát đặc trưng dòng - thế (J- lý khô trong chân không ở điều kiện áp suất V) ở nhiệt độ môi trường làm việc thông 1,5 MPa. Các điện cực dương (ITO) và điện thường là 50 oC (đường cong có chỉ số 5 cực âm (Al) được bốc bay nhiệt trong điều trong hình 4) cho thấy pin mặt trời cấu trúc kiện chân không cao, cỡ 10-5 torr. 06 lớp ITO/PEDOT + nc –TiO2 /MEH- Các module pin mặt trời được chế tạo với PPV/LiF/Alq3/Al có điện thế ngưỡng hoạt kích thước 2 mm  2,5 mm  0,003 mm, gồm động là 1,25 V, với mật độ dòng đạt giá trị 20 sáu lớp ITO/PEDOT + nc- TiO2/ MEH- mA/cm2, tương ứng với hiệu suất quang điện PPV/LiF/Alq3/Al trên đế thuỷ tinh. là 8,3%. Độ hấp thụ của màng truyền điện tử được khảo sát bằng hệ đo UV – VIS – NIR Jasco V570, chiều dày màng được khảo sát bằng phép đo trên hệ Anpha – Step IQ Profiler. Hiệu suất hoạt động của pin được khảo sát bằng phép đo đặc trưng mật độ dòng thế (J-V). 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Vật liệu hữu cơ Alq3 được sử dụng làm lớp truyền điện tử (ETL: electronic transport layer), còn màng siêu mỏng nc-LiF (dưới 10 nm) được sử dụng làm lớp tiếp xúc nông (SCL: Shallow Contact Layer). LiF được chế Hình 3. Đặc trưng J-V của module pin tạo bằng cách bốc bay nhiệt lên trên Alq3 để mặt trời 6 lớp phụ thuộc nhiệt độ tạo tiếp xúc Al/LiF/Alq3 thay cho tiếp xúc môi trường làm việc Al/Alq3, nhằm làm tăng mật độ truyền điện tửtừAlq3sang catôt, dẫn đến tăng mật độ dòng Trong khi đó, linh kiện 04 lớp có điện thế quang điện ngoài cho linh kiện. ngưỡng điện áp ngưỡng hoạt động là 1,25 V, Hình 2 thể hiện phổ hấp thụ của màng mật độ dòng điện đạt giá trị 10 mA/cm2, Alq3 và màng tổ hợp Alq3/LiF. Phổ hấp thụ tương ứng với hiệu suất quang điện là 7% của màng tổ hợp Alq3/nc-LiF có đỉnh hấp thụ [4]. Kết quả này cho thấy linh kiện 06 lớp có tương tự như của màng Alq3 nhưng độ hấp hiệu suất chuyển đổi quang điện cao hơn linh thụ giảm khi độ dày của màng tăng. Kết quả kiện 04 lớp, hứa hẹn có triển vọng ứng cho thấy, màng tổ hợp Alq3/nc-LiF có độ dụngnếu tiếp tục được cải tiến trong các rộng vùng cấm không thay đổi so với độ rộng nghiên cứu tiếp theo vùng cấm của Alq3. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên đặc trưng J-V của linh kiện cũng được khảo sát (Hình 4). Các thông số của module thường được kiểm nghiệm ở nhiệt độ 30C. Trong quá trình sản xuất điện, các module pin mặt trời thường bị nóng lên do bức xạ nhiệt, dẫn đến công suất giảm. Kết quả cho thấy điện áp ngưỡng hoạt động giảm khi nhiệt độ tăng: từ giá trị 1,3V tại nhiệt độ phòng đã giảm dần xuống còn 1,25V; 1,1V và 1,05V tương ứng tại nhiệt độ Hình 2. Phổ hấp thụ của màng truyền điện tử 50C, 70C và 90C. Điều này cho thấy ở Alq3 thuần khiết (a) và tổ hợp nhiệt độ cao, chuyển động nhiệt đã giúp cho hữu cơ/vô cơ Alq3/LiF (b) các điện tích dễ dịch chuyển về các điện cực. 589
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 Hình 4 thể hiện giản đồ các mức năng lượng hoạt động là 1,1 V, mật độ dòng điện đạt giá của pin mặt trời 6 lớp. Kết quả cho thấy các trị 20 mA/cm2, tương ứng với hiệu suất điện tử và lỗ trống sau khi được tạo ra trong chuyển đổi quang điện là 8,3%. Hiệu suất lớp nhạy quang nhờ hiệu ứng quang điện, có này được đánh giá là cao hơn so với linh kiện thể dễ dàng truyền tải về các điện cực anot và 4 lớp đã được chế tạo, nghiên cứu và thể hiện catot nhờ có các mức năng lượng trung gian. trong báo cáo [5]. Hình 4. Giản đồ các mức năng lượng của pin mặt trời cấu trúc ITO/PEDOT/MEH-PPV/Alq3/LiF/Al Như đã biết, độ linh động của điện tử và lỗ Hình 5. Đặc trưng J - V của pin mặt trời trống là khác nhau. Thêm nữa, trong các 6 lớp đo tại các thời điểm khác nhau polymer dẫn, các điện tử dễ bị bắt tại các bẫy. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO Do vậy, rất khó để tạo ra sự cân bằng của dòng tiêm điện tử và dòng tiêm lỗ trống. [1] C.L. Hii, S.V. Jangam, S.P. Ong and Điều này dẫn đến hiệu suất chuyển đổi quang A.S.Mujmdar. 2012. “Solar Drying: điện không cao. Nhờ bổ sung thêm các lớp Fundamentals, Applications and truyền lỗ trống và điện tử, mà dòng tiêm điện Innovations”, ISBN: 978-981-07-3336-0. tử và lỗ trống về các điện cực được cân bằng [2] Trần Chung Thủy. 2015. “Tính toán diện tích tấm hấp thụ năng lượng cho buồng hấp hơn. Do đó tăng hiệu suất chuyển đổi quang thụ nhiệt của máy sấy nông sản dùng năng điện của pin. lượng Mặt trời”, Tuyển tập báo cáo HNKH Độ bền của các module pin mặt trời cũng - ĐHTL. được khảo sát bằng các kết quả đo đặc trưng [3] Trần Chung Thủy. 2016. “Chế tạo máy sấy J-V tại các thời điểm khảo sát khác nhau nông sản mini dùng năng lượng Mặt trời”, (Hình 5). Kết quả cho thấy tuổi thọ của các Tuyển tập báo cáo HNKH – ĐHTL module đặc trưng J-V của linh kiện giảm sau [4] Trần Chung Thủy. 20.17. “Nghiên cứu chế các khoảng thời gian tĩnh (thời gian cất giữ tạo và khảo sát sự hoạt động của module pin linh kiện tại nơi khô ráo, trong điều kiện chưa quang điện cho buồng thu năng lượng của đóng vỏ), thể hiện ở giá trị điện áp ngưỡng máy sấy nông sản mini dùng năng lượng Mặt hoạt động tăng, dòng giảm. Các nghiên cứu trời”, Tuyển tập báo cáo HNKH – ĐHTL. về vai trò của lớp vỏ bảo vệ, trong suốt cho [5] Trần Chung Thủy. 2018. “ Nâng cao hiệu suất module pin quang điện cho buồng thu linh kiện được trình bày trong các nghiên cứu năng lượng của máy sấy nông sản dùng tiếp theo. năng lượng mặt trời nhờ lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc-TiO2”, Tuyển tập báo cáo 4. KẾT LUẬN HNKH – ĐHTL. Đã chế tạo được các module pin mặt trời có kích thước 2 mm x 2,5 mm x 0,003 mm, cấu trúc 6 lớp ITO/PEDOT + nc – TiO2 /MEH-PPV/LiF/Alq3/Al, có điện áp ngưỡng 590