Pin năng lượng Mặt Trời bằng vật liệu perovskit dạng sợi

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