Nghiên cứu phát triển thế hệ tiếp theo của pin mặt trời hữu cơ

Hầu hết các pin mặt trời ngày nay được làm từ Silicon, khối lượng lớn, cứng và tốn nhiều chi phí để sản xuất. Ngược lại, pin mặt trời hữu cơ - được làm từ các vật liệu và nguyên tố có trong thực vật và động vật - hứa hẹn tiềm năng có trọng lượng nhẹ, linh hoạt và giảm được chi phí sản xuất. Tuy nhiên, các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ vẫn chưa đạt được hiệu suất từ ​​ánh sáng mặt trời thành điện năng như các loại pin dựa trên Silicon.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge, với sự hợp tác toàn cầu với các chuyên gia từ Canada, Bỉ, New Zealand và Trung Quốc, đã phát hiện ra một cách mới để năng lượng di chuyển trong các vật liệu hữu cơ với tốc độ nhanh hơn 1000 lần so với bình thường. Phát hiện của họ được ghi lại trên tạp chí Science Advances.

Cơ chế chuyển động mới này, được đặt tên là "phân định kích thích tạm thời" cho phép năng lượng di chuyển và truyền đến các dây dẫn điện xung quanh nhanh hơn rất nhiều so với bình thường.

Tác giả đầu tiên Alexander Sneyd, một nghiên cứu sinh tại Phòng thí nghiệm Cavendish của Cambridge cho biết: “Sự cải tiến này có thể thực hiện được nhờ bản chất cơ lượng tử của thực tế, nơi năng lượng có thể tồn tại ở nhiều nơi cùng một lúc”. "Bằng cách tận dụng các yếu tố cơ lượng tử này cho phép chuyển động năng lượng hiệu quả cao, chúng tôi có thể tạo ra các tế bào năng lượng mặt trời tốt và hiệu quả hơn."

Nhóm nghiên cứu đã bắt đầu bằng cách sử dụng kỹ thuật công nghệ nano tiên tiến được gọi là 'tự lắp ráp theo hướng kết tinh sống' để tạo ra các sợi nano được làm từ polymer gốc lưu huỳnh và carbon. Điều này cho phép họ kiểm soát chính xác vị trí của từng nguyên tử trong sợi nano hữu cơ để tạo ra một vật liệu mô hình gần như 'hoàn hảo'. 

Sau đó, nhóm nghiên cứu chiếu tia laser vào các sợi nano để bắt chước ánh sáng mặt trời và theo dõi năng lượng di chuyển theo thời gian, bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là kính hiển vi hấp thụ nhất thời để tạo ra 'màng' vận chuyển năng lượng. Điều này cho phép họ quan sát chuyển động năng lượng ở khoảng thời gian cực ngắn, với độ phân giải gần như một femto giây, hoặc 0,000000000000001 giây, tương đương với một bộ phim có tốc độ khung hình 1 triệu tỷ khung hình mỗi giây. Sneyd giải thích: “Khi chúng tôi thực hiện các thí nghiệm, chúng tôi đã rất ngạc nhiên. "Năng lượng di chuyển với tốc độ nhanh hơn 100 hoặc thậm chí 1000 lần so với những gì thường được quan sát thấy trong các tài liệu khoa học."

"Cơ chế mới này mang lại nhiều cơ hội để cải thiện đáng kể hiệu suất của pin mặt trời hữu cơ truyền thống", Giáo sư Sir Richard Friend của Phòng thí nghiệm Cavendish cho biết. "Nhưng thú vị hơn, nó cũng mở ra triển vọng của các loại thiết bị hoàn toàn mới dựa trên vật liệu hữu cơ rẻ tiền và dễ thích ứng."

Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210811131533.htm