Pin năng lượng mặt trời bằng vải sợi

Pin năng lượng mặt trời bằng sợi được cho là nguồn năng lượng lý tưởng cho các thiết bị điện tử nhỏ được gắn vào quần áo. Trong công trình nghiên cứu được đăng tải trên Tạp chí Angewandte Chemie, các nhà khoa học Trung Quốc đã giới thiệu loại pin năng lượng mặt trời mới lạ ở dạng sợi có thể được đưa vào vải dệt. Loại pin này có đặc tính đồng trục, mềm dẻo dựa trên cơ sở một loại vật liệu perovskite và các ống nano cacbon; chúng nổi bật do có hiệu suất chuyển đổi năng lượng tuyệt vời đạt 3,3% và chi phí sản xuất thấp.

Một vấn đề tiến thoái lưỡng nan hiện nay đối với pin năng lượng mặt trời đó là để có chi phí thấp thì hiệu suất lại kém, hoặc là nếu đạt được hiệu suất hợp lý thì lại rất đắt tiền. Một giải pháp có thể đạt được đó là chế tạo pin năng lượng mặt trời bằng vật liệu perovskite, có chi phí ít tốn kém hơn so với silicon và không yêu cầu bất kỳ chất phụ gia đắt tiền nào. Perovskite là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể đặc biệt giống với cấu trúc của vật liệu gốm canxi titanat (CaTiO₃). Những cấu trúc này thường là chất bán dẫn và hấp thụ ánh sáng tương đối hiệu quả. Điều quan trọng nhất là chúng có thể dịch chuyển các electron bị kích thích ánh sáng trên một khoảng cách xa bên trong mạng tinh thể trước khi chúng quay trở lại trạng thái năng lượng cơ bản và có thể rắn - một đặc tính rất quan trọng trong các tế bào năng lượng mặt trời.

Một nhóm nghiên cứu dưới sự lãnh đạo của Hisheng Peng thuộc Đại học Fudan ở Thượng Hải đã phát triển loại pin năng lượng mặt trời perovskite dưới dạng sợi dệt mềm dẻo, có thể dệt thành vải sợi điện tử. Quy trình sản xuất chúng tương đối đơn giản và không tốn kém do dựa trên cơ sở dung dịch để tạo ra các lớp.

Cực anôt được làm từ dây thép không gỉ phủ một lớp đioxit titan compact bán dẫn loại n (n-semiconducting). Một lớp tinh thể nano đioxit titan xốp được lắng đọng bên trên lớp này. Điều đó tạo ra một diện tích bề mặt lớn cho phép lắng đọng tiếp theo vật liệu perovskite CH₃NH₃PbI₃. Tiếp theo nữa là một lớp vật liệu hữu cơ đặc biệt. Cuối cùng, là một lớp ống nano cacbon trong suốt được cuộn phủ trên toàn bộ cấu trúc đóng vai trò cực catôt. Kết quả đạt được là loại sợi mịn và mềm dẻo, có thể dệt thành vải.

Lớp vật liệu perovskite hấp thụ ánh sáng, gây kích thích điện tử và đặt chúng trong trạng thái tự do, điều đó dẫn đến một sự chia tách điện tích giữa các điện tử và các hốc mang điện tích dương. Các điện tử bước vào vùng dẫn điện của lớp đioxit titan compact và di chuyển đến cực anôt. Trong khi các hốc mang điện tích dương bị giữ lại bởi lớp vật liệu hữu cơ. Diện tích bề mặt lớn và độ dẫn điện cao của cực catôt ống nano cacbon giúp cho truyền dẫn điện tích nhanh chóng với các dòng điện quang cao. Loại pin năng lượng mặt trời bằng sợi này có thể đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng 3,3%, vượt trội hơn tất cả các loại pin năng lượng mặt trời bằng sợi đồng trục trước đây được chế tạo bằng chất màu hoặc polyme.

Theo Vista.vn