Pin điện mặt trời trong suốt và ý tưởng “cá nhân hóa năng lượng”

Để hiện thực hóa ý tưởng này, các nhà khoa học nghiên cứu phát triển những pin năng lượng mặt trời trong suốt mới, sử dụng lớp màng silicon mỏng có khả năng phát điện hiệu quả.

Thế giới đang đối mặt vớicuộc khủng hoảng biến đổi khí hậu, đòi hỏi sự chuyển đổi quyết liệt từ nhiên liệu hóa thạch thông thường sang các nguồn năng lượng xanh hiệu quả. Sự phát triển của khoa học công nghệ ứng dụng thúc đẩy ý tưởng "cá nhân hóa năng lượng", giúp tạo ra điện năng trực tiếp cho trang thiết bị mọi nơi, mọi lúc.

Thực tế pin mặt trời có thể tích hợp vào cửa sổ, các phương tiện cơ giới, màn hình điện thoại di động và rất nhiều sản phẩm thường dùng hàng ngày khác. Yêu cầu quan trọng nhất là những tấm pin mặt trời phải tiện dụng, linh hoạt và trong suốt.

Để đạt được mục tiêu này, các nhà khoa học gần đây phát triển thiết bị "quang điện trong suốt" (TPV) - phiên bản trong suốt của pin mặt trời truyền thống. Không giống như các tế bào năng lượng mặt trời tối, mờ thông thường (hấp thụ ánh sáng nhìn thấy), TPV hấp thụ ánh sáng "vô hình" trong phạm vi tia cực tím (UV).

Pin mặt trời thông thường bao gồm "loại ướt" (dung dịch) hoặc "loại khô" (chế tạo từ chất bán dẫn oxit kim loại).

Pin mặt trời loại khô có lợi thế hơn loại ướt: Độ tin cậy cao hơn, thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí. Hơn nữa, các tấm oxit kim loại rất thích hợp khai thác nguồn ánh sáng cực tím UV. Nhưng dù có nhiều ưu điểm, tiềm năng của những TPV oxit kim loại chưa được khám phá đầy đủ.

Nhằm chế tạo các tấm pin mặt trời trong suốt, các nhà khoa học thuộc Đại học Quốc gia Incheon, Hàn Quốc, phát triển một thiết kế sáng tạo cho thiết bị TPV bằng oxit kim loại. Nhóm nghiên cứu chèn một lớp silicon (Si) siêu mỏng vào giữa hai chất bán dẫn oxit kim loại trong suốt nhằm chế tạo một thiết bị TPV có hiệu quả cao.

Mô hình cấu trúc pin điện mặt trời trong suốt cho tòa nhà.

GS Joondong Kim, chủ nhiệm công trình nghiên cứu giải thích: "Mục đích của chúng tôi là tạo ra một loại pin mặt trời trong suốt cung cấp năng lượng cao, nhúng một màng Si vô định hình siêu mỏng giữa oxit kẽm và oxit niken".

Thiết kế mới lạ với điểm đặc trưng chính là màng Si so với các thiết kế khác có ba ưu điểm chính. Trước hết, màng Si cho phép hấp thụ ánh sáng có bước sóng dài hơn (khác với TPV thông thường). Thứ hai, cấu trúc này cho phép thu thập photon hiệu quả.

Thứ ba, cấu trúc cho phép vận chuyển hạt mang điện đến các điện cực nhanh hơn. Thiết kế có thể sản xuất điện ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu (những ngày nhiều mây hoặc mưa). Các nhà khoa học chứng minh khả năng tạo ra điện năng của thiết bị bằng việc sử dụng TPV để vận hành động cơ điện một chiều DC của quạt gió.

"Cấu trúc thiết kế TPV mới có rất nhiều ứng dụng tiềm năng", GS Kim giải thích: "Chúng tôi hy vọng sẽ ứng dụng thiết kế TPV mới cho mọi loại vật liệu, từ các tòa nhà tường kính đến các thiết bị di động như ô tô điện, điện thoại thông minh và những cảm biến khác nhau".

Khi cấu trúc thiết kế mới được nghiên cứu ứng dụng thực tế, nhóm nhà khoa học dự kiến nâng thiết kế cấu trúc TPV lên tầm cao mới như sử dụng những vật liệu sáng tạo như chất bán dẫn 2D, tinh thể nano oxit kim loại và chất bán dẫn sulfua.