Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Quang tử (ICFO) ở Barcelona (Tây Ban Nha) vừa chứng minh bằng thực nghiệm phương pháp giảm thiểu hao hụt năng lượng trên pin mặt trời bằng cách thu hẹp dải góc phát xạ photon. Công trình được công bố trên tạp chí Energy & Environmental Science, mở ra hướng đi mới nhằm vượt qua trần hiệu suất lý thuyết của các tế bào quang điện đơn điểm nối truyền thống.
Các nhà nghiên cứu đã biến đổi một tế bào quang điện hữu cơ thành một khoang quang học có khả năng triệt tiêu sự phát xạ photon ở các góc lớn trong khi vẫn cho phép ánh sáng mặt trời đi qua.
Nghiên cứu tập trung xử lý cơ chế tổn thất Boltzmann, hiện tượng xuất hiện do vật liệu hấp thụ ánh sáng cũng đồng thời phát xạ ngược trở lại môi trường. Trong khi ánh sáng mặt trời chiếu tới thiết bị theo một hình nón góc hẹp, các hạt photon sinh ra bên trong lại phát xạ ra nhiều hướng rộng hơn, làm giảm đáng kể lượng công hữu ích có thể khai thác được từ thiết bị.
Nhóm nghiên cứu do giáo sư Jordi Martorell dẫn đầu đã chuyển đổi một tế bào quang điện hữu cơ dựa trên hỗn hợp vật liệu PM6:Y6 thành khoang quang học nhờ kết hợp hai điện cực bạc ở mặt trước và mặt sau. Cấu trúc này vừa ngăn chặn sự phát xạ ánh sáng ở các góc rộng, vừa cho phép ánh sáng mặt trời đi vào thuận lợi theo hướng ban đầu mà không làm tăng độ phức tạp trong khâu chế tạo.
Theo ICFO, giới hạn Shockley–Queisser đối với pin mặt trời đơn điểm nối hiện ở mức 33,16%, nhưng việc tinh chỉnh góc phát xạ khớp với góc hấp thụ có thể đưa hiệu suất lý thuyết lên mức gần 43%. Tiến sĩ Francisco Bernal Texca cho biết nghiên cứu đã mở ra con đường hoàn toàn mới để vượt qua giới hạn này, dù nhóm hiện mới dừng ở việc chứng minh chiến lược quang học trên thiết bị hữu cơ chứ chưa chế tạo tấm pin đạt hiệu suất 43% thực tế.
Hình minh họa một hệ thống pin năng lượng mặt trời.
Về mặt nguyên tắc, giải pháp kiểm soát hướng photon này có thể áp dụng rộng rãi cho nhiều công nghệ quang điện khác nhau chứ không riêng vật liệu hữu cơ. Khi được ứng dụng vào thiết bị thực tế, phương pháp tiếp cận mới sẽ giúp tạo ra nhiều điện năng hơn từ cùng một lượng ánh sáng chiếu tới, đồng thời giảm diện tích đất, vật liệu sản xuất và hạ giá thành trên mỗi watt điện.
An An (theo IE)
