Cửa sổ phát quang tạo ra năng lượng từ trong ra ngoài

Các kỹ sư của Đại học Rice đã đề xuất một giải pháp đầy màu sắc để thu thập năng lượng thế hệ tiếp theo: Bộ tập trung năng lượng mặt trời phát quang (LSC) trong cửa sổ nhà bạn. Nghiên cứu xuất hiện trên tạp chí Polymer International.

Rafael Verduzco và nhà nghiên cứu kiêm tác giả Yilin Li của Trường Kỹ thuật Rice's Brown, nhóm đã thiết kế và xây dựng các loại "cửa sổ" hình vuông kẹp một polyme liên hợp giữa hai tấm acrylic trong suốt.

Ảnh minh họa. Nguồn: Internet

Lớp giữa mỏng đó chính là chìa khóa bí mật. Nó được thiết kế để hấp thụ ánh sáng ở một bước sóng cụ thể và hướng nó đến các cạnh bảng được lót bằng pin mặt trời. Polyme liên hợp là các hợp chất hóa học có thể được điều chỉnh theo các đặc tính hóa học hoặc vật lý cụ thể cho nhiều ứng dụng khác nhau, như màng dẫn điện hoặc cảm biến cho các thiết bị y sinh.

Hợp chất polyme của phòng thí nghiệm Rice được gọi là PNV (poly [naphthalene-alt-vinylene]) hấp thụ và phát ra ánh sáng đỏ, nhưng việc điều chỉnh các thành phần phân tử giúp chúng hấp thụ ánh sáng với nhiều màu sắc khác nhau. Bí quyết là, như một ống dẫn sóng, nó tiếp nhận ánh sáng từ bất kỳ hướng nào nhưng hạn chế việc ánh sáng rời đi, tập trung vào các tấm pin năng lượng mặt trời, từ đó chuyển thành điện năng.

"Động lực cho nghiên cứu này là giải quyết các vấn đề năng lượng cho các tòa nhà thông qua quang điện tích hợp", Li, người bắt đầu dự án như một phần của cuộc thi "kính thông minh" cho biết. "Hiện tại, mái nhà sử dụng năng lượng mặt trời đang là giải pháp chủ đạo, nhưng bạn cần tối đa hóa hiệu quả của chúng đồng thời hoàn thiện vẻ ngoài. 

Nhưng cửa sổ LSC sẽ không bao giờ ngừng hoạt động. Chúng sẽ tái chế ánh sáng từ bên trong tòa nhà thành điện khi trời tối. Trên thực tế, các thử nghiệm cho thấy chúng có hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi ánh sáng xung quanh từ đèn LED so với ánh sáng mặt trời trực tiếp, mặc dù ánh sáng mặt trời mạnh hơn 100 lần.

Li cho biết: “Ngay cả trong nhà, nếu bạn cầm một tấm bảng, bạn có thể thấy hiện tượng phát quang rất mạnh ở mép. Các tấm pin đã được thử nghiệm cho thấy hiệu suất chuyển đổi điện năng lên đến 2,9% dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp và 3,6% dưới ánh sáng LED xung quanh.

Verduzco, giáo sư kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học và khoa học vật liệu và kỹ thuật nano cho biết: “Một vấn đề khi sử dụng polyme liên hợp cho ứng dụng này là tính không ổn định và phân hủy nhanh chóng. Nhưng chúng tôi đã biết thêm được nhiều điều về việc cải thiện tính ổn định của polyme liên hợp trong những năm gần đây. Trong tương lai, chúng tôi có thể thiết kế polyme với tính ổn định và các đặc tính quang học mong muốn."

Li lưu ý rằng polyme cũng có thể được điều chỉnh để chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng hồng ngoại và tia cực tím mà vẫn duy trì độ trong suốt. Ông cho biết: “Các polyme thậm chí có thể được in trên các tấm panel thành các mẫu hoa văn, từ đó có thể được biến thành tác phẩm nghệ thuật.

Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210216115029.htm

Trần Hà biên dịch