THỤY ĐIỂN – Sản xuất quy mô lớn các tế bào quang điện hữu cơ với hiệu suất cao và tác động tối thiểu đến môi trường. Điều này có thể thực hiện thông qua một nguyên lý thiết kế mới, được phát triển tại Đại học Linköping (LiU – Linköping University). Trong một dự án được công bố trên tạp chí Nature Energy, các nhà khoa học đã nghiên cứu hình dạng phân tử và cách tương tác trong các tế bào quang điện hữu cơ.
Nhà nghiên cứu Rui Zhang thuộc khoa vật lý, hóa học và sinh học tại LiU
Giáo sư Feng Gao về quang điện tử tại đại học LiU đã nói rằng: “Với quá trình điện khí hóa và sự phát triển của công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI), chúng ta sẽ thấy nhu cầu năng lượng của thế giới tăng đáng kể. Nguồn điện đó cần phải đến từ các nguồn bền vững với môi trường nếu chúng ta muốn làm chậm quá trình biến đổi khí hậu”.
Một nguồn năng lượng xanh được các nhà nghiên cứu trên thế giới tập trung nghiên cứu, chính là pin năng lượng mặt trời. Để bổ sung cho pin mặt trời silicon truyền thống, một số biến thể thay thế khác nhau đang được phát triển. Một trong những công nghệ hứa hẹn nhất dựa trên vật liệu nhựa dẫn điện – điện tử hữu cơ (1). (1) Điện tử hữu cơ: là một lĩnh vực khoa học vật liệu liên quan đến việc thiết kế, tổng hợp, mô tả đặc tính và ứng dụng của các phân tử hoặc polyme hữu cơ, thể hiện các đặc tính điện tử mong muốn như độ dẫn điện.
Ưu điểm của pin mặt trời hữu cơ là chúng có chi phí thấp và dễ sản xuất. Ngoài ra, chúng nhẹ và linh hoạt, có nghĩa là chúng có thể được đặt trên cửa sổ, trong nhà hoặc thậm chí trên quần áo, để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử cá nhân. Pin năng lượng mặt trời hữu cơ đã có mặt trên thị trường và thị phần của chúng dự kiến sẽ tăng lên.
Sản xuất hàng loạt một cách bền vững Hiệu suất của pin mặt trời hữu cơ đang bắt kịp với pin mặt trời truyền thống và chúng có thể chuyển đổi khoảng 20% tia nắng mặt trời thành điện. Hiệu suất cao là kết quả của nhiều năm nghiên cứu vật liệu chuyên sâu và các nghiên cứu về tương tác giữa các phân tử trong vật liệu, được gọi là hình thái học.
Pin mặt trời hữu cơ được sản xuất trong hỗn hợp vật lý, sau đó được đặt trên một chất nền và dung môi trong hỗn hợp bốc hơi. Tuy nhiên, dung dịch hóa học chứa các chất độc hại và nguy hiểm cho môi trường.
Giáo sư Feng Gao đã nói rằng: “Để hiện thực hóa sản xuất hàng loạt pin mặt trời hữu cơ, ví dụ như bằng công nghệ in, trên quy mô lớn, chúng ta cần tìm ra các phương pháp không sử dụng chất độc hại. Nếu không, sẽ không tốt cho môi trường hoặc những công nhân làm việc trong nhà máy”.
Nhóm nghiên cứu của ông, cùng với các đồng nghiệp ở Trung Quốc và Mỹ, đã tìm ra cách sản xuất pin mặt trời hữu cơ hiệu quả, bằng nhiều loại dung môi thân thiện với môi trường khác nhau.
Cần có các dung môi không độc hại khác nhau, để sản xuất hàng loạt pin mặt trời hữu cơ
Ông Rui Zhang, nhà nghiên cứu thuộc khoa vật lý, hóa học và sinh học tại đại học LiU và là tác giả chính của bài báo được công bố trên tạp chí Nature Energy, đã nói rằng: “Để chọn đúng dung môi, điều quan trọng là phải hiểu toàn bộ quy trình sản xuất pin mặt trời. Điều này bao gồm việc biết cấu trúc ban đầu của dung dịch, quan sát các quá trình động trong quá trình bay hơi và kiểm tra cấu trúc cuối cùng của màng pin năng lượng mặt trời “.
Hình thái và hiệu suất Những gì mà các nhà nghiên cứu tại đại học Linköping đã làm là lập bản đồ tương tác phân tử giữa các vật liệu vận chuyển electron và bản thân dung môi, bằng cách sử dụng một loạt các kỹ thuật tia X synchrotron và neutron tiên tiến. Nhờ đó, các nhà nghiên cứu sau đó đã có thể phát triển một nguyên lý thiết kế, có thể áp dụng cho nhiều loại dung môi vô hại khác nhau. Về lâu dài, họ hy vọng rằng ngay cả nước cũng có thể hoạt động như một dung môi.
Pin năng lượng mặt trời hữu cơ có thể bổ sung và trong một số trường hợp có tính cạnh tranh tốt hơn pin mặt trời truyền thống
Theo các nhà nghiên cứu, việc hiểu được mối liên hệ giữa hình thái và hiệu suất trong các tế bào quang điện hữu cơ là một vấn đề khó, vì họ cần phải nghiên cứu chuyển động cực nhanh của các electron (sự vận chuyển điện tích) từ vật liệu giải phóng electron đến vật liệu tiếp nhận. Các quá trình đó xảy ra trong các cấu trúc nano và tại các giao diện phân tử. Theo Giáo sư Feng Gao, đã có hướng phát triển các tế bào quang điện hữu cơ bền vững với môi trường.
Giáo sư Feng đã nói rằng: “Nhờ phương pháp sản xuất không độc tố, chúng tôi đã có nhiều cơ hội hơn để thương mại hóa công nghệ này trên quy mô lớn.”
Để xem các tin bài khác về “Pin”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
