Electron nóng giúp tăng gấp đôi hiệu quả năng lượng quang điện

19/07/2013

Các nhà nghiên cứu từ đại học Boston đã tìm ra loại pin quang năng thành công trong việc sử dụng electron nóng để tăng hiệu quả năng lượng của pin.

Bằng thực nghiệm, các nhà khoa học đã xác minh giả thuyết rằng electron nóng có thể tăng gấp đôi công suất pin quang năng. Các nhà nghiên cứu từ đại học Boston đã tìm ra loại pin quang năng thành công trong việc sử dụng electron nóng để tăng hiệu quả năng lượng của pin. Mặc dù năng lượng chỉ tăng lên một phần nhỏ nhưng điều đó cũng đủ để dẫn đến ý tưởng rằng pin quang năng còn có thể phá vỡ những giới hạn hiệu quả năng lượng thông thường.

Các electron nóng có thể dễ dàng đi qua tế bào quang năng siêu mỏng mà không cần phải làm mát trước mang lại hiệu quả quang điện gấp đôi.

Michael Naughton, giáo sư vật lý tại đại học Boston, cùng những cộng sự đã thiết kế một tế bào quang năng siêu mỏng (chỉ dày 15 nano mét) mà các electron nóng có thể nhanh chóng chạy qua trước khi làm mát. Đối với các tế bào quang năng có độ dày hơn, chỉ có các electron mát và ít năng lượng hơn, có bước sóng dài hơn mới có thể đi qua được.

Khi một tế bào quang năng thông thường hấp thụ một photon năng lượng cao, nó sẽ sản sinh ra một electron nóng nhanh chóng bị mất đi nhiệt cũng như năng lượng trước khi nó có thể chạy qua tế bào được sử dụng để tạo ra dòng điện. Mặc dù các tế bào quang năng có thể được thiết kế để hấp thụ các photon có năng lượng lớn và sử dụng electron nóng nhưng chúng lại không thể hấp thụ các photon năng lượng thấp. Tuy nhiên thiết kế tế bào quang năng mới này lại có thể hấp thụ cả hai.

Về mặt lý thuyết, các tế bào quang năng có thể hấp thụ electron nóng và electron mát và tăng gấp đôi công suất pin. Các tế bào quang năng thông thường chỉ chuyển đổi nhiều nhất là 35% năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện và toàn bộ phần còn lại bị lãng phí dưới dạng nhiệt năng. Bằng cách hấp thụ các electron nóng, tế bào quang năng sẽ đạt được 67% hiệu quả công suất theo như báo cáo trong Tổng Kết Công Nghệ của MIT.

Dù vậy, trên thực tế, vẫn còn tồn tại nhiều thách thức đối với tế bào quang năng siêu mỏng. Do chúng là những tế bào vô cùng mỏng nên hầu hết ánh sáng mặt trời đi xuyên qua và chúng chỉ có thể chuyển đổi được 3% ánh sáng thành điện mà thôi. Nhưng những nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng việc thêm vào các dây nano đối với tế bào quang năng có thể cho phép chúng hấp thụ nhiều ánh sáng hơn mà vẫn giữ được khoảng cách di chuyển ngắn cho các electron. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu để kết hợp các chấm lượng tử và các dây nano để làm tăng số lượng electron thu được từ ánh sáng được hấp thụ.

Thanh Thảo (Theo phys.org)

Electron nóng giúp tăng gấp đôi hiệu quả năng lượng quang điện

Thông báo nhận hồ sơ các Giải thưởng hiệu quả năng lượng năm 2024

Điện khí hóa lò cao tiết kiệm năng lượng trong sản xuất thép

Bản quyền thuộc Vụ Tiết kiệm năng lượng và Phát triển bền vững, Bộ Công Thương