Hoachatcongty
Pin năng lượng Mặt Trời dạng sợi được xem là nguồn cung cấp năng lượng
lý tưởng cho các thiết bị điện tử nhỏ gắn trong quần áo. Trong công
trình nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học Trung Quốc đã giới thiệu một
loại pin năng lượng Mặt Trời mới là dạng sợi, có thể được đưa vào dạng
vải dệt. loại pin đồng trục, mềm dẻo này được chế tạo dựa trên vật liệu
perovskit và các ống nano cacbon; chúng có đặc điểm nổi bật là hiệu suất
chuyển đổi năng lượng cao, lên đến 3,3% và chi phí sản xuất thấp.
Một
hạn chế đối với các loại pin năng lượng Mặt Trời hiện nay là: Nếu những
loại pin này có giá thành rẻ thì thường hiệu suất kém, còn những loại
có hiệu suất hợp lý thì lại đắt tiền. Một trong những giải pháp cho vấn
đề này là chế tạo pin năng lượng Mặt Trời bằng vật liệu perovskit với
chi phí thấp hơn so với vật liệu silic và không cần sử dụng bất kỳ phụ
gia đắt tiền nào.
Perovskit là vật liệu có cấu trúc tinh thể đặc
biệt, tương tự cấu trúc của canxi titanat (CaTiO3). Những cấu trúc này
thường là chất bán dẫn và hấp thụ ánh sáng tương đối hiệu quả. Điều quan
trọng nhất là các điện tử bị kích thích ánh sáng trong vật liệu có thể
di chuyển một khoảng cách bên trong mạng tinh thể trước khi quay trở lại
trạng thái năng lượng cơ bản và chiếm vị trí cố định – một đặc tính rất
quan trọng trong các pin quang điện.
Nhóm nghiên cứu thuộc ĐHTH
Fudan, Thượng Hải (Trung Quốc) đã phát triển một loại pin năng lượng Mặt
Trời bằng vật liệu perovskit dạng sợi mềm dẻo, có thể dệt thành vải
điện tử. Quy trình sản xuất loại pin này tương đối đơn giản và không tốn
kém do sử dụng quy trình dung dịch để tạo các lớp.
Trong pin
năng lượng Mặt Trời nói trên, cực dương là dây thép không gỉ, được phủ
một lớp TiO2 rắn chắc (bán dẫn loại n). Trên lớp này các nhà khoa học
cho kết tủa một lớp tinh thể xốp TiO2 cỡ nano để tạo ra một diện tích bề
mặt lớn, thuận lợi cho sự lắng đọng tiếp theo của vật liệu perovskit
CH3NH3Pbi3 , sau đó là một lớp vật liệu hữu cơ đặc biệt, cuối cùng là
một lớp ống nano cacbon trong suốt, cuộn phủ trên toàn bộ cấu trúc và
đóng vai trò cực âm. Kết quả là thu được loại sợi mịn và mềm dẻo, có thể
dệt thành vải.
Lớp vật liệu perovskit hấp thụ ánh sáng, kích
thích điện tử và đưa chúng vào trạng thái tự do, dẫn đến sự tách rời
giữa điện tử và các “lỗ trống” mang điện tích dương. Các điện tử đi vào
vùng dẫn điện của lớp TiO2 rắn chắc và di chuyển đến cực dương, còn các
lỗ trống mang điện tích mang điện tích dương bi giữ lại bởi lớp vật liệu
hữu cơ. Diện tích bề mặt lớn và độ đẫn điện cao của cực âm làm bằng ống
nano giúp cho quá trình chuyền dẫn điện tích xảy ra nhanh với các dòng
quang điện cao.
Loại pin năng lượng Mặt Trời bằng sợi này có thể
đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng 3,3%, vượt trội hơn tất cả các pin
năng lượng Mặt Trời bằng sợi đồng trục trước đây, thường được chế tạo
với thuốc nhuộm hoặc polyme.
Nguồn: Phạm Huệ, Theo DailyNews, 08/2014
