Cấu trúc tổ ong giúp cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời

Đột đột phá trong ngành khoa học vật liệu tại Mỹ và Đài Loan đã mở toang cánh cửa sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất điện. vật liệu mới được tạo thành tỏ ra hiệu quả trong việc bắt các photon để tạo thành dòng điện, được chế tạo dựa trên cấu trúc của tổ ong thường thấy. Nó là sự pha trộn giữa tính chất của các chất bán dẫn polyme và phân tử fu-lơ-ren (fullerene) giàu cacbon.

Nguyên tắc

Để hiệu quả trong việc hấp thụ photon, người ta thường chọn loại polyme P1. Các photon mang năng lượng từ chùm sáng mặt trời sẽ bức các electron ra khỏi các liên kết với mạng phân tử và bỏ lại lỗ trống; tạo thành kiểu liên kết mới, giữa electron (đã bức ra) và lỗ trống, gọi là exciton. Trong khi đó, fu-lơ-ren có tác dụng ngăn chặn sự tái hợp của cặp mang điện trái chiều này bằng cách phân ly chúng hoàn toàn nhờ vào cấu trúc dạng khối cầu của mình (fu-lơ-ren là một dạng thù hình của cacbon, có cấu trúc mạng dạng hình cầu). Khi đó, các điện cực sẽ hút các điện tích trái dấu về phía mình tạo thành dòng quang điện.

Mircea Cotlet, một nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven ở Mỹ cho biết, trở ngại lớn nhất của công việc này là việc tìm cách trộn lẫn polyme và fu-lơ-ren để tạo thành các lưới tổ ong. Đội của Cotlet đã đạt được điều này bằng cách cho dòng các giọt nước li ti chảy qua một lớp mỏng dung dịch polyme-fu-lơ-ren. Khi đó, các giọt nước này sẽ tự động sắp xếp thành những hàng dài trong dung dịch. Người ta cho bay hơi dung dịch vừa thu được, sẽ còn lại các cấu trúc tổ ong dạng lục giác dựa trên nền polyme.

Cotlet còn cho biết "các tấm phim như vậy đã được chế tạo trước đây dựa vào các loại polyme thông thường như polysterene, nhưng đây là lần đầu tiên một vật liệu với sự kết hợp giữa chất bán dẫn và fu-lơ-ren được chế tạo và ứng dụng vào việc hấp thụ ánh sáng để tạo ra dòng điện một cách hiệu quả."

Ứng dụng

Một trong những điều gây phấn khích, theo Cotlet, nghiên cứu này là sự kết hợp giữa khoa học cơ bản và sự phát huy phương pháp tự tập hợp (self-assemble, của các phân tử nước) mà không cần bất cứ một đóng góp nào khác từ phòng thí nghiệm. Hiện nhóm của Cotlet và một số nhóm khác đang kiểm tra lại một số tính chất của vật liệu mới này và tìm cách ứng dụng nó vào thực tiễn như việc chế tạo pin mặt trời hoặc ứng dụng vào các thiết bị quang, điện. Một ứng dụng khả dĩ gây bất ngờ là việc có thể lắp các tấm phim có cấu trúc tổ ong này vào cữa sổ hoặc mái nhà (làm bằng vật liệu trong suốt) của bất cứ ngôi nhà nào và "hưởng lợi từ nó" nhờ việc tạo ra điện năng mà hầu như không tốn chi phi vận hành nào khác.

Trọng Nhân (theo Physicsworld.com)