Tái tạo được ánh sáng mặt trời: một cuộc cánh mạng thực sự

Nền công nghiệp pin mặt trời đang dần tiến tới một cuộc cách mạng khi các nhà khoa học tìm kiếm giải pháp để thúc đẩy tính hiệu quả của việc khai thác năng lượng giúp tái tạo lại ánh sáng.

Một nghiên cứu mới được công bố thứ năm vừa qua trên tạp chí Science đã xem xét những đặc tính của vật liệu perovskites heli chì lai chủng, một nhóm những vật liệu được sử dụng để tạo sóng trong công nghệ pin mặt trời. Bài nghiên cứu cũng chỉ ra khả năng của chúng trong việc hấp thụ năng lượng mặt trời, tạo ra các dòng điện trở và sau đó tự sản xuất ra năng lượng ánh sáng.

Mô tả việc tái tạo photon trong cấu trúc tinh thể của perovskites

Hơn nữa, các nhà khoa học cũng cho thấy những tấm pin này có thể sản xuất với giá thành rẻ bằng các chất liệu tổng hợp. Việc sản xuất kinh doanh thương mại với sản phẩm này là hoàn toàn khả thi.

“Chúng ta đã biết về khả năng của những vật liệu này trong việc hấp thụ ánh sáng và tạo ra những pin điện”, đồng tác giả Felix Deschler từ đại học Cambridge đã có bài phỏng vấn qua điện thoại với tạp chí The Christian Science Monitor. “Nhưng giờ đây, chúng ta đã biết thêm về khả năng tổ hợp lại để tái sản xuất các photon”.

Pin mặt trời hoạt động nhờ hấp thụ năng lượng ánh sáng – photon – từ mặt trời, chuyển đổi năng lượng này thành điện tích và sau đó truyền điện tích tới điện cực để giúp sản sinh năng lượng điện cho các mục đích sử dụng khác.

Vật chất perovskites chì heli lai chủng được biết đến nhờ khả năng thực hiện công việc này một cách hiệu quả. Tuy nhiên, theo tiến sỹ Deschler và đồng nghiệp, vật chất này còn có khả năng lớn hơn thế: perovskites có thể phát ra ánh sáng sau khi tạo ra điện tích và sau đó hấp thụ lại năng lượng ánh sáng.

Kết quả cho ra đời pin mặt trời hoạt động như một bộ tập trung với khả năng sản xuất nhiều năng lượng hơn để tăng lượng điện áp hấp thụ được từ một lượng ánh sáng nhất định. Loại pin mới này hiệu quả hơn những tấm pin được chế tạo từ vật liệu không có khả năng tái chế.

Những tấm pin năng lượng mặt trời là một giải pháp cho khủng hoảng năng lượng ở nhiều nước trên thế giới

”Tầm quan trọng của vấn đề này nằm ở chỗ những ghi nhận hiện tại về hiệu quả của pin photon chỉ vào khoảng 20-21%, trong khi giới hạn tối đa có thể lên tới 33%”, Deschler đã nhận định. “Những kết quả của nghiên cứu sẽ mở đường cho việc đạt tới giới hạn tối đa đó”.

Hiệu quả của pin mặt trời liên quan tới lượng năng lượng chúng có thể hấp thụ với một số giờ sáng nhất định.

Theo một nghiên cứu được biết tới rộng rãi, ra đời năm 1961 bởi William Shockley và Hans Queisser, những lý thuyết về nhiệt động lực học đã chỉ ra hiệu suất năng lượng mặt trời có thể lên tới 33%. Họ cũng nhấn mạnh rằng con số này rất khó có thể vượt qua.

Thành công của nghiên cứu gần đây không chỉ là một bước tiến để chạm tới con số “trần” của hiệu suất năng lượng mặt trời mà cũng mở ra một hướng mới về nghiên cứu vật liệu.

“Bạn không nghĩ về việc photon có thể tái chế trong những vật liệu chúng ta sử dụng bởi vì việc sản xuất chúng thì đơn giản hơn những vật liệu khác”, Deschler giải thích. “Những vật liệu này rất rẻ và có khả năng linh hoạt cao”.

Nếu những tạp chất tồn tại trong cấu trúc tinh thể, vật liệu sẽ trở nên hỗn tạp và rất khó hấp thụ ánh sáng. Tuy nhiên, việc loại bỏ những tạp chất sẽ giúp hiệu quả hấp thụ ánh sáng cao và trở nên dễ dàng hơn.

Các chuyên gia hy vọng rằng kết quả của nghiên cứu này sẽ giúp những nhà sản xuất pin mặt trời tìm ra một hướng đi mới hiệu quả với chi phí thấp hơn để tận dụng năng lượng mặt trời.