Pin Mặt Trời Hữu Cơ Hybrid Và Polymer Đạt Kỉ Lục Về Hiệu Suất

Các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và phát triển 2 loại pin mặt trời hữu cơ đó là hybrid và polymer giúp giảm chi phí, nâng cao năng suất hoạt động và thân thiện với môi trường.

>> Công Nghệ Pin Mặt Trời Màng Mỏng Của PAIC

>> Pin Magie Tiết Kiệm Chi Phí Lưu Trữ Năng Lượng Tái Tạo

Nâng cao hiệu suất pin mặt trời hữu cơ hybrid

Một nhóm nghiên cứu của Học viên công nghệ Nano quốc gia (NINT) – Hội đồng nghiên cứu quốc gia và Trường đại học Alberta, Canada đã phát triển thành công pin năng lượng mặt trời hữu cơ, có thời gian hoạt động lên tới 8 tháng thay vì chỉ vài tiếng như hiện nay.

Nguyên mẫu pin mặt trời

Một nguyên mẫu pin mặt trời đã được một nhóm nghiên cứu đa ngành phát triển thành công, nó có thể hoạt động trong khoảng 10 tiếng với hiệu suất cao. Sau đó, họ phát hiện ra một số vấn đề bắt đầu xuất hiện và làm giảm hiệu suất pin. Và nguyên nhân được cho biết là xuất phát từ lớp chất hóa học phủ xung quanh điện cực. Nhóm nghiên cứu tiếp tục tiến hành để giải quyết vấn đề này.

Vai trò của điện cực

Điện cực có vai trò quan trọng trong việc sản sinh ra điện từ pin mặt trời. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra sự rò rỉ của lớp chất hóa học xung quanh mạch điện của pin mặt trời, từ đó khiến công suất của pin bị giảm. Nhóm nghiên cứu đã phát triển một lớp chất mới để giải quyết vấn đề.

Lớp chất phủ bên ngoài bằng polymer

Nhóm nghiên cứu đã đã phát triển thành công một lớp chất phủ bên ngoài bằng polymer có tuổi thọ và độ bền cao hơn cho các điện cực. Lớp chất này đã giải quyết được sự rò rỉ của lớp chất hóa học và giúp cho pin mặt trời có thể hoạt động liên tục với công suất cao.

Thành công

David Rider và 2 thành viên Micheal J.Brett, Jillian Burial đến từ trường ĐH Alberta – NINT đã công bố nghiên cứu của mình trên tạp chí Advanced Functional Materials ngày 22/6/2010. Nghiên cứu này là một thành tựu đáng được ghi nhận, nguyên mẫu pin mặt trời đã hoạt động với hiệu suất cao lên tới 500 giờ. Thậm chí, chúng có thể hoạt động được thêm 8 tháng nữa trước khi bị hư hỏng trong quá trình vận chuyển giữa các phòng thí nghiệm.

Tương lai

David Rider cho biết, sản phẩm pin năng lượng mặt trời hữu cơ hybrid nhỏ gọn, chi phí thấp, chúng như một tờ giấy hay tấm thảm có thể cuộn lại hứa hẹn sẽ là tương lai của ngành năng lượng tái tạo trên thế giới.

Pin mặt trời hữu cơ polymer đảo ngược đạt kỷ lục hiệu suất mới, tăng sản lượng điện gấp nhiều lần

Một nhóm nghiên cứu của trường Đại học Columbia và Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven – Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã tiến hành ghép đôi các vật liệu polymer để khắc phục tình trạng thất thoát năng lượng mặt trời bằng cách tạo ra 2 phần tử mang điện tích trên một đơn vị ánh sáng thay vì một phần tử như bình thường.

Người đứng đầu công trình nghiên cứu tại Trung tâm Brookhaven Lab, nhà vật lý học Matthew Sfeir cho biết, vấn đề quan trọng là làm thế nào để quá trình nhân đôi có thể thực hiện trên một chuỗi polymer phân tử đơn.

Việc tạo ra 2 điện tích trên cùng một phần tử điều đó đồng nghĩa là các vật liệu hấp thụ ánh sáng, sản sinh năng lượng không cần phải có cấu trúc mạng như các tinh thể hoàn hảo để tạo ra thêm điện tích mà chỉ cần các vật liệu độc lập hoạt động hiệu quả khi hòa tan trong chất lỏng. Điều này có thể mở rộng quy mô chế tạo, bao gồm cả in vật liệu sản sinh năng lượng mặt trời hướng công nghiệp.

Việc sản sinh hai điện tích từ một đơn vị ánh sáng được gọi là sự phân đôi đơn, tách một tế bào sinh học đơn thành đôi khi các tế bào nhân sao. Các thiết bị dựa trên quá trình này có khả năng vượt qua được giới hạn hiệu suất pin mặt trời nối đơn khoảng 34%.

Một trong những thách thức lớn đặt ra đó là cần vượt cao hơn khả năng tăng gấp đôi lượng điện năng của các vật liệu pin năng lượng mặt trời. Bởi lẽ, các vật liệu này cần phải được tích hợp vào các thiết bị tạo ra dòng điện thực tế. Các vật liệu tạo ra dòng điện hiệu suất cao có thể mở ra khả năng thiết kế các loại pin mặt trời thế hệ mới hoặc bổ sung các vật liệu và cấu trúc thiết bị pin mặt trời hiện tại.

Hiện nay, các vật liệu phân đôi đơn cho phép tạo ra các phần tử mang điện cặp đôi trên các phân tử riêng biệt. Các vật liệu này chỉ hoạt động hiệu quả nếu chúng được đặt trong một màng tinh thể với trật tự tầm xa, trong đó các ghép đôi mạnh dẫn đến điện tích được bổ sung thêm từ các phần tử bên cạnh. Việc sản xuất các màng tinh thể chất lượng cao và kết hợp vào chế tạo pin năng lượng mặt trời sẽ khiến quy trình trở nên phức tạp.

Việc tạo ra các điện tích cặp đôi trên một phần tử polymer đơn sẽ có thể dẫn đến một loại vật liệu tương thích có thể ứng dụng rộng rãi hơn trong sản xuất công nghiệp. Các vật liệu này được thiết kế bởi một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Columbia, do Giáo sư Luis Campos lãnh đạo và được phân tích tại Phòng thí nghiệm Brookhaven.

Tại Trung tâm Vật liệu nano chức năng (Center for Functional Nanomaterials – CFN), các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp quang phổ phân giải thời gian để định lượng phân đôi đơn trong các tổ hợp polymer khác nhau sử dụng một photon laser đơn.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn áp dụng thêm phương pháp phân hủy bởi chiếu xạ dạng xung. Sự khác biệt giữa 2 phương pháp này giúp các nhà nghiên cứu nhận biết được một cách rõ ràng sự phân đôi đơn là quá trình chủ yếu trong việc tạo ra các điện tích cặp đôi.

Nhóm nghiên cứu CFN-Columbia sẽ tiếp tục thử nghiệm một lớp các vật liệu sử dụng khung thiết kế mà họ đã xác định được, sau đó, tích hợp một số vật liệu polymer mạch cacbon vào pin mặt trời.

>> 10 Ứng Dụng Của Pin Năng Lượng Mặt Trời Trong Cuộc Sống

>> Hướng Dẫn Cách Làm Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời Mini Đơn Giản

Thành công của việc nghiên cứu pin mặt trời hữu cơ hybrid và polymer mở ra một hướng đi mới hiệu quả hơn về công suất, tối ưu hóa chi phí sản xuất năng lượng mặt trời.

Nguồn: https://solarmcgroup.com/

Phạm Hữu Tùng Lâm

Tôi là Phạm Hữu Tùng Lâm – chuyên viên tư vấn của Mạnh Cường Group về lĩnh vực Điện Năng Lượng Mặt Trời. Với kinh nghiệm 5 năm trực tiếp tư vấn và tham gia vào nhiều dự án lớn, nhỏ trên toàn quốc cũng như nước ngoài, tôi hy vọng những chia sẻ của tôi có thể giúp ích cho các bạn, giúp các bạn có được cái nhìn tổng quan hơn về sự cần thiết của Năng Lượng Mặt Trời. Nếu có gì còn thắc mắc các bạn vui lòng liên hệ qua số hotline hoặc comment trực tiếp vào bài viết để tôi có thể giải đáp cho các bạn ạ!