Thiết bị hấp thụ phổ rộng bước sóng năng lượng mặt trời

Tin hoạt động

22/11/2016

Các tế bào quang điện trong pin năng lượng mặt trời truyền thống có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời một cách hiệu quả, tuy nhiên chúng chỉ hấp thụ được một phạm vi bước sóng hẹp do phụ thuộc các vật liệu trong tế bào quang điện.

Điều này làm hạn chế hiệu quả của pin, do bước sóng dài của ánh sáng mặt trời không được chuyển đổi hết và năng lượng của ánh sáng có bước sóng ngắn phần lớn bị lãng phí. Các nhà khoa học đã tìm cách để tăng hiệu quả của tế bào quang điện bằng cách tạo ra các pin năng lượng mặt trời "đa tầng", được làm từ các vật liệu bán dẫn khác nhau có thể hấp thụ bước sóng ánh sáng khác nhau. Một hạn chế là việc tạo ra các tế bào đa tầng khá tốn kém.

Hấp thụ năng lượng mặt trời băng thông rộng trước đó đã thực hiện được nhờ sử dụng bộ cộng hưởng kim loại-điện môi-kim loại (hoặc MIM) bao gồm một lớp cách điện nằm giữa một lớp đáy dày và một lớp trên mỏng làm bằng kim loại như crom và vàng.

Các thành phần kim loại được sử dụng trong các bộ cộng hưởng MIM có điểm nóng chảy tương đối thấp - nhiệt độ giảm hơn nữa khi vật liệu là những lớp rất mỏng do một hiện tượng gọi là sụt giảm điểm nóng chảy, trong đó điểm nóng chảy của vật liệu giảm xuống do kích thước của vật liệu giảm. Các kim loại trong bộ cộng hưởng MIM tiêu chuẩn tan chảy ở nhiệt độ 500 độ C, cản trở tính hữu dụng của chúng trong các tế bào năng lượng mặt trời.

Hiện một nhóm các nhà nghiên cứu ở Đan Mạch đã phát hiện ra một phương pháp khác để hấp thụ phổ rộng ánh sáng mặt trời, sử dụng một thiết bị chịu nhiệt làm bằng các lớp vonfram và nhôm có thể được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật phủ màng rộng và rẻ tiền. Các nhà nghiên cứu mô tả vật liệu mới này trong một bài báo được công bố trên tạp chí Optical Materials Express, từ Hiệp hội quang học (OSA).

"Chúng có khả năng chịu nhiệt, bao gồm cả sốc nhiệt, và cho thấy đặc tính vật lý và hóa học ổn định ở nhiệt độ cao", Manohar Chirumamilla của Đại học Aalborg ở Đan Mạch, tác giả đầu tiên của bài báo giải thích. Điều này cho phép các bộ hấp thụ duy trì đặc tính cấu trúc của chúng ở nhiệt độ rất cao.

Trong thí nghiệm, các vật liệu hấp thụ mới hoạt động ở nhiệt độ 800 độ C và hấp thụ ánh sáng có bước sóng khác nhau từ 300-1750 nm, có nghĩa là, từ tia cực tím (UV) đến các bước sóng hồng ngoại gần.

"Bộ cộng hưởng MIM hấp thụ trong vùng phổ từ tia cực tím để cận hồng ngoại có thể được sử dụng trực tiếp trong các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như năng lượng mặt trời TPV/các hệ thống TPV và hệ thống nhiệt mặt trời," Chirumamilla nói. "Các ứng dụng tiềm năng khác gồm các nhà máy điện tháp, nơi ánh sáng mặt trời tập trung tạo ra hơi nước để chạy một máy phát điện."

Ông cho biết thêm "Đây là bước đầu tiên trong việc sử dụng năng lượng mặt trời một cách hiệu quả hơn so với các tế bào năng lượng mặt trời hiện nay," "Sử dụng một emitter tiếp xúc với chất hấp thụ của chúng tôi, lượng nhiệt sinh ra sau đó có thể được sử dụng để thắp sáng một tế bào năng lượng mặt trời, sau đó tế bào có thể hoạt động hiệu quả hơn khi nó được đặt trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời".

Văn phòng CPSI dịch

Theo Sciencedaily