Các nhà nghiên cứu tại Đại học New York (NYU) Tandon hiện đã phát triển một loại màng mỏng giúp tăng hiệu quả sử dụng pin mặt trời bằng cách chuyển đổi các bước sóng ánh sáng bị lãng phí thành các bước sóng có thể được sử dụng để sản xuất điện.
Silicon là vật liệu được lựa chọn cho hầu hết các tế bào năng lượng mặt trời đang được sử dụng ngày nay, mặc dù nó có khả năng hấp thụ tốt điểm cuối màu đỏ của quang phổ nhìn thấy được của ánh sáng mặt trời, nhưng lại bỏ qua các bước sóng ngắn hơn như tia cực tím và ánh sáng xanh. Các nhà khoa học đã thử nghiệm với các thiết kế, vật liệu và thuốc nhuộm khác nhau của pin mặt trời có thể tận dụng được nhiều quang phổ hơn, nhưng cho đến nay vẫn rất khó để tạo ra bước tiến có ý nghĩa.
Các nhà nghiên cứu NYU Tandon có thể đã tạo ra một bước đột phá, với một màng mỏng có thể chuyển đổi các photon UV và ánh sáng xanh lam từ mặt trời thành các photon cận hồng ngoại. Vật liệu có thể được sử dụng để tăng hiệu suất của pin mặt trời silicon hiện có bằng cách cho phép thu hoạch năng lượng mà không bị lãng phí.
Loại vật liệu này không chặn các bước sóng ánh sáng khác mà silicon có thể dễ dàng tiếp cận. Và như một sự bổ sung, việc giảm lượng bức xạ UV chiếu vào pin mặt trời có thể giúp tăng độ bền.
Tấm màng được tạo thành từ vật liệu perovskite vô cơ được pha tạp chất với một lượng nhỏ ytterbium. Perovskite là chất hiệu quả trong việc hấp thụ ánh sáng xanh và chuyển năng lượng đó đến ytterbium, nơi phát ra nó dưới dạng ánh sáng cận hồng ngoại. Sau đó, các photon đỏ này có thể được thu nhận bởi pin mặt trời silicon.
Trong các thử nghiệm, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các tấm màng mỏng có thể chuyển đổi các photon màu xanh lam sang màu đỏ với hiệu suất 82,5%, giúp tăng hiệu quả hấp thụ ánh sáng mặt trời.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm nhiều cách để cải thiện loại vật liệu mới này. Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học đã thay đổi nhiệt độ của quá trình sản xuất để giảm lượng bitmut thoát ra khỏi vật liệu. Các màng thu được có hiệu suất chuyển đổi photon từ xanh dương sang đỏ cao tới 95%.
Nhóm nghiên cứu cho biết có thể phá vỡ rào cản hiệu suất 100%, điều này có nghĩa là nhiều photon màu đỏ được phát ra hơn số lượng photon màu xanh lam chạm vào mang phim. Tuy nhiên, để đạt được sự đột phá này vẫn cần rất nhiều thời gian nghiên cứu.
Eray Aydil, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi chưa biết chính xác làm thế nào để tăng hiệu quả lên 100%. Tuy nhiên, chúng tôi có một số ý tưởng dựa trên giả thuyết về cách thức phát xạ xảy ra ngay từ đầu. Chúng tôi đang tiến hành thực hiện hai lộ trình - (1) tiến hành các thí nghiệm để tìm hiểu chi tiết về điều gì làm cho vật liệu này trở nên đặc biệt, (2) chúng tôi đang khám phá các vật liệu có cấu trúc tương tự với các nguyên tố thay thế khác nhau.”