ÚC – Các nhà khoa học tại đại học UNSW Sydney (university of New South Wales) đã tìm ra giải giải pháp cho một vấn đề phức tạp thuộc ngành quang tử học (photonics): làm cách nào để ngăn chặn nguồn năng lượng bị thất thoát trước khi đưa vào sử dụng.

Đội ngũ nghiên cứu đã chế tạo thành công một thiết bị ở quy mô nano có khả năng chuyển đổi ánh sáng đỏ và hồng ngoại mang năng lượng thấp thành ánh sáng nhìn thấy được với mức năng lượng cao hơn. Theo các nhà khoa học tại đại học UNSW, thiết bị này đạt hiệu suất chuyển đổi photon đến 8,2%, một trong những mức hiệu suất cao nhất từng được ghi nhận đối với cấu trúc dạng này.

Tiến sĩ Thilini Ishwara, nhà nghiên cứu tại đại học UNSW và là tác giả chính của dự án, chia sẻ: “Dự án nghiên cứu đã đánh dấu một bước tiến lớn”.

Tiến sĩ Ishwara nói rằng: “Việc đạt được hiệu suất cao trên các lớp màng mỏng thuộc hệ thống phân tử này rất khó khăn, yêu cầu khả năng hấp thụ ánh sáng tốt, đồng thời giảm tối đa mức độ hao hụt năng lượng.”

Bước đột phá này mở ra tiềm năng lớn cho các ngành công nghiệp đang tìm cách thu hồi hoặc tái sử dụng ánh sáng hồng ngoại bị lãng phí, tiêu biểu là ngành sản xuất pin năng lượng mặt trời. Trong các hệ thống năng lượng mặt trời hiện nay, một lượng lớn ánh sáng năng lượng thấp thường đi xuyên thẳng qua các cell silicon truyền thống mà không được khai thác; việc chuyển đổi một phần lượng ánh sáng đó thành các bước sóng nhìn thấy được có thể nâng cao hiệu suất tổng thể của toàn hệ thống.

Các nhà nghiên cứu cho biết phương pháp này cũng có thể ứng dụng vào công nghệ cảm biến hồng ngoại, quang xúc tác, truyền thông quang học và các công nghệ sản xuất chồng lớp thế hệ mới như in 3D thể tích (volumetric 3D printing) (*).
(*) Volumetric 3D printing: Nếu các công nghệ in 3D truyền thống (như FDM hay SLA) hoạt động theo nguyên lý phun từng lớp (layer-by-layer) từ dưới lên trên, thì in 3D thể tích lại tạo ra toàn bộ vật thể cùng một lúc chỉ trong vòng vài giây đến vài phút. Nguyên lý hoạt động:
– Một bình chứa đổ đầy nhựa polymer lỏng nhạy với ánh sáng. Loại nhựa này sẽ hóa rắn khi nhận đủ một lượng ánh sáng nhất định.
– Máy chiếu sẽ phát ra các chùm ánh sáng chứa hình ảnh cắt lớp của vật thể từ nhiều góc độ khác nhau vào bình nhựa đang xoay (hoặc máy chiếu xoay quanh bình).
– Tại những điểm mà các chùm ánh sáng giao thoa với nhau, năng lượng ánh sáng tích tụ vượt qua ngưỡng phản ứng của nhựa, khiến toàn bộ cấu trúc 3D kết tủa và đông cứng cùng một lúc trong không gian ba chiều. Phần nhựa không được chiếu sáng đủ năng lượng vẫn giữ nguyên dạng lỏng.
Cuối cùng, vật thể hoàn chỉnh được nhấc ra khỏi bình và rửa sạch phần nhựa lỏng thừa.

Đáng chú ý, hệ thống chuyển đổi photon này hoạt động trên cấu trúc thể rắn và có thể được chế tạo bằng dây chuyền sản xuất chip bán dẫn thông thường, nên nó mang giá trị thực tế cao hơn so với các phương pháp sử dụng chất lỏng trước đây.

Tiến sĩ Ishwara nói tiếp: “Nhóm nghiên cứu rất kỳ vọng vào việc thương mại hóa công nghệ chuyển đổi photon. Nó có thể được ứng dụng vào hàng loạt các giải pháp kỹ thuật, từ điều trị khối u nhờ khả năng xuyên thấu mô sâu hơn, lọc nước giá rẻ, cho đến công nghệ nhìn trong đêm và in 3D.”

Nghiên cứu mang tính đột phá này đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature Photonics.

Để xem các tin bài khác về “Năng lượng mặt trời”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online