black_justtry
New member
- Xu
- 0
Lĩnh vực năng lượng mặt trời (NLMT) đã có một bước tiến ổn định từ khám phá đầu tiên của nhà vật lý người Pháp, Alexdandre Becquerel 1839 đến nay. Giới khoa học ngày càng quan tâm nghiên cứu lĩnh vực NLMT như là một giải pháp để giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu dầu, giảm hiệu ứng khí thải nhà kính, và đảm bảo một môi trường thân thiện hơn, với giá thành hợp lý hơn. Chuyện mục Focus của tạp chí đầu ngành Nature Photonics đã có một loạt bài về chủ đề năng lượng mặt trời, giới thiệu hai bài Sơ lược ( Review article) , một bài Bước tiến khoa học ( Progress article) và ba bài Phỏng vấn các chuyên gia trong lĩnh vực này.
Mở đầu là bài viết của tác giả Yang Yang cùng cộng sự liên quan đến các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ ( organic photovoltaics cells). Ở trang 153, tác giả đã giới thiệu nguyên lý họat động của các tế bào NLMT dựa trên lớp polymer với hiệu suất cao. Các tế bào này đều được tạo từ hệ polymer-fullerence, với hiệu suất chuyển đổi lên đến 10%. Fullerene và các cấu trúc tương tự đã trở thành mẫu phân tử loại n ( n-type molecules) chính trong các thanh NLMT polymer do chúng có độ điện âm cao và khả năng di động của electron lớn.
Cũng tác giả Yang và nhóm cộng sự, ở trang 180, nhóm đã giới thiệu tế bào NLMT polermer dưới dạng liên kết ( tandem) dựa trên cấu trúc liên hiệp vùng năng lượng thấp , low-bandgap, với hiệu suất chuyển đổi nặng lượng lên đến 8.62%, đây là hiệu suất rất khả quan của dạng tế bào NLMT polymer.
Một mảng nghiên cứu năng lượng mặt trời khác rất được quan tâm đó là dựa trên các lớp tráng (dye-sensitized solar cell ) ở đó quá trình dịch chuyển điện tích và hấp thụ ánh sáng cũng như dịch chuyển lỗ diễn ra ở các lớp vật liệu riêng biệt. Các tế bào tráng NLMT là loại duy nhất sử dụng lợi thế của phản ứng ôxi hóa khử. Dựa trên phương pháp này, các nhà khoa học đã nâng hiệu suất chuyển đổi năng lượng tới gần mức 11%. Một phương pháp kích thích và nâng cao hiệu suất khác được nhóm nghiên cứu của tác giả Michael MeGehee đề xuất với mục tiêu hiệu suất lên đến trên 15%.
Hướng nghiên cứu dựa trên vùng năng lượng chuyển tiếp intermediate-band solar cell cũng có những bước tiến khả quan, các tế bào NLMT được tạo từ các lớp bánh kẹp sandwitched giữa hai loại bán dẫn nguyên thủy n-type và p-type. Các hạt ánh sáng tới với mức năng lượng thấp hơn khe dẫn và khe valence vẫn có thể được hấp thụ bởi hai quá trình chuyển dẫn: quá trình đầu tiên giữa khe chuyển tiếp và khe valence, sau đó là giữa khe chuyển tiếp và khe dẫn. Ở trang 146, nhóm tác giả Antonio Luque có bài giới thiệu lịch sử hình thành và phát triển cũng như thách thức của hướng nghiên cứu này. Họ cho rằng hướng tiếp cận NLMT dựa trên các lớp chuyển tiếp kia có thể vượt mức hiệu suất hiện tại của các tế bào NLMT thin-film ( màng mỏng).
Một cách để nâng cao hiệu suất biến đổi năng lượng mặt trời đó là tăng độ dầy vật liệu để kéo dài quãng đường di chuyển , optical pathlength, nhưng hướng tiếp cận này gặp phải một cản trở đó là việc tăng đồ dầy vật liệu dẫn đến tăng giá thành sản phẩm. Ở trang 130, nhóm tác giả Martin Green và Supriya Pillai miêu tả quá trình phân cực bề mặt hiệu ứng plasmon có thể là một giải pháp hữu hiệu, ở đó hướng di chuyển dọc theo lớp tiếp xúc metal-dielectric, kim loại - điện môi, do đó không phụ thuộc vào bề dày của tế bào NLMT. Họ cũng chỉ ra rằng việc kết hợp với các cấu hình và vị trí của các hạt nanoparticles kim loại cũng nâng cao hiệu suất của các tế bào NLMT.
Khác biệt với các phương pháp trên, nhóm tác giả Edward Sargent đã có một bài tóm tắt và miêu tả quá trình nghiên cứu và phát triển của tế bào NLMT dựa trên hiệu ứng chấm lượng tử, colloidal quantum dots, ở đó đường kính của các chấm này có thể được dịch chuyển để hấp thụ toàn phần phổ mặt trời. Sargent cũng giới thiệu một lọat thiết bị và cấu trục, bao gồm Schottky, depleted heterojunction và các tế bào liên kết tandem, cũng như hiệu ứng ống lượng tử, quantum funnel cell.
Mục phỏng vấn có bài nói chuyện với Stuart Wenhem, tổng giảm đốc kĩ thuật của công ty Suntech, một trong những công ty lớn nhất thế giới trong lĩnh vực sản xuất tấm NLMT silicon. Ông cũng giới thiệu thành công của công ty trong việc đưa ra sản xuất các tế bào NLMT với hiệu suất lên đến 20.3%. Mục tiêu hàng đầu của các nhà sản xuất tấm NLMT đó là giảm giá thành, Wenham chỉ ra hai cách thông thường để giảm giá thành đó là nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng và giảm công đoạn chế tạo thành phẩm. Bài phỏng vẩn của ông còn giới thiệu cái nhìn tổng quan trong lĩnh vực sản xuất NLMT, và những hứa hẹn để nâng cao quá trình sử dụng nguồn NLMT trong tương lại.
Dự báo đến gần nữa cuối thế kỉ này, nguồn năng lượng cần thiết để phục vụ nhu cầu sản xuất và sinh họat của thế giới tăng gấp 4 lần. Mặc dù đã có nhiều bước tiến trong nghiên cứu và sản xuất các tấm NLMT, một trong những thách thức lớn nhất hiện tại của ngành năng lượng mặt trời đó là làm sao để lưu trữ nguồn năng lượng hấp thụ ban ngày để phục vụ cho thời gian ban đêm. Thách thức này cũng mở ra nhiều cơ hội cho các nhà khoa học, tìm đến giải pháp hợp lý, và đưa NLMT trở thành một nguồn năng lượng quan trọng trong tất cả các nguồn năng lượng tái tạo, bền vững trong tương lại.
Sửa lần cuối bởi điều hành viên:
