Giải pháp chế tạo pin mặt trời kích thước lý tưởng

Một tế bào năng lượng kích thước nano mô hình cấu trúc xoắn đồng trục có khả năng cung cấp năng lượng hiệu quả hơn bất kỳ tế bào nào trước đó, giúp tạo ra một loại pin năng lượng mặt trời màng mỏng sử dụng công nghệ nano, giải quyết được những khó khăn vốn có liên quan đến việc tập trung ánh sáng và tạo ra dòng điện của tế bào thường.

Quá trình nghiên cứu để nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng cho các tế bào mặt trời màng mỏng lâu nay luôn gặp nhiều khó khăn về mặt cạnh tranh quang học và các hạn chế điện tử. Một tế bào phải đủ dày để tập trung được lượng ánh sáng cần thiết, nhưng đồng thời cũng phải đủ mỏng để có thể chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện.

Các nhà vật lý thuộc Trường Cao đẳng Boston đã tìm ra cách thức giúp giải quyết vấn đề “mỏng - dày” này bằng cách tạo ra một tế bào năng lượng mặt trời kích thước nano có hình dạng như vòng xoắn đồng tâm - một khái niệm công nghệ vô tuyến được sử dụng nhiều trong thời kỳ phát triển các kênh thông tin liên lạc xuyên Đại Tây Dương giữa thế kỷ 19.

Nhiều nhóm khoa học trên toàn thế giới đã liên tục thực hiện các nghiên cứu về các tế bào năng lượng mặt trời dạng dây nano (nanowire-type), hầu hết đều sử dụng chất bán dẫn kết tinh. Loại tế bào xoắn đồng tâm không đòi hỏi vật liệu kết tinh, do đó có giá thành thấp hơn với bộ giảm xóc siêu mỏng. Nếu tiếp tục được phát triển tối ưu hóa bằng cách sử dụng một số lượng nhỏ vật liệu có giá thành thấp, hiệu quả năng lượng vượt trội hơn của tế bào xoắn đồng tâm so với tế bào phẳng thông thường hoàn toàn có thể đạt được.

Về mặt quang học, tế bào năng lượng xoắn đồng tâm nano đủ độ dày để tập trung ánh sáng mặt trời, đồng thời cấu trúc của nó cho phép đạt đến độ mỏng phù hợp để chuyển đổi ánh sáng thành điện năng một cách hiệu quả nhất. Điều đó giúp tế bào năng lượng xoắn đồng tâm nano trở thành một nền tảng năng lượng có giá thành thấp và hiệu quả cao.