Tế bào năng lượng mặt trời từ nanocarbon thu nhận ánh sáng gấp 100 lần

Các thiết bị thu nhận năng lượng mặt trời đều có 1 bộ phận thu nhận là các tế bào năng lượng. Tuy nhiên thiết bị này đắt hơn các loại thiết bị thu nhận bình thường khác. Để khắc phục điểm yếu này, các kĩ sư hóa học thuộc Viện Công nghệ Massachussetts đã chế tạo thành công loại thiết bị có khả năng thu nhận ánh sáng mặt trời hiệu quả gấp 100 lần mà chỉ cần tế bào năng lượng thay vì cả sự kết hợp của lăng kính và gương.  

Họ sử dụng ống nanocarbon thường dùng để làm ăng ten để thu hút ánh sáng theo cách khác hẳn các cách thông thường. Tiến sĩ hóa học ứng dụng Michael Strano cùng 2 đồng nghiệp Jea-Hee Han và Geraldine Paulus gọi ống nanocarbon này là “ống mặt trời”.

“ống mặt trời” của Strano chứa 30 triệu phân tử ống nanocarbon, có chiều dài 10 µm và dày 4µm. Sự khác nhau của loại ống này với các cấu trúc nanocarbon khác nằm ở chỗ 2 mặt của loại ống này có tính chất điện khác nhau.

Trong bất kì điều kiện nào, các electron trong 1 nguyên tử luôn tồn tại ở các mức năng lượng khác nhau. Khi chịu sự tác động của ánh sáng, các electron sẽ “nhảy” lên 1 mức năng lượng cao hơn (tương ứng với trạng thái kém bền vững hơn) đặc trưng cho mỗi chất. Sự tương tác giữa electrong bị kích thích với vị trí mà nó để lại được gọi là dòng exiton.

Mặt trong của ống nanocarbon có điện thế nhỏ hơn điện thế phía mặt ngoài. Đây là điều quan trọng vì dòng điện đi từ nơi có điện thế cao tới điện thế thấp. Trong loại ống này, dòng exiton di chuyển từ mặt ngoài vào mặt trong để tồn tại ở dạng năng lượng thấp nhưng bền vững hơn. Loại tế bào năng lượng mặt trời từ nanocarbon áp dụng nguyên lí này để tập trung toàn bộ lượng photon chiếu tới và hạn chế dòng điện mà chúng tạo ra bị tiêu hao.

Bề mặt chất bán dẫn và bề mặt ống nano bị ngăn cách với nhau làm cho các electron trên ống nano không thể di chuyển về phía các lỗ trống trên chất bán dẫn khi bị ánh sáng kích thích do đó các electron được tập trung lại ở cực tiếp xúc mặt trong chất bán dẫn trong khi các lỗ trống được tập trung ở cực tiếp xúc mặt trong của ống nano và 2 cực trái dấu này tạo nên dòng điện. Hiệu suất của loại tế bào này còn phụ thuộc vào vật liệu tạo làm 2 cực. Với các vật liệu đang dùng hiện tại, hiệu suất năng lượng thu được đạt tối đa 87% và các nhà khoa học đang hướng tới mục tiêu tìm ra loại vật liệu có thể nâng hiệu suất lên tới 99%..

Phạm Hương (Theo greenoptimistic.com)