Phương pháp giảm chi phí duy trì tế bào mặt trời
Các nhà nghiên cứu của Đại học Purdue đã phát triển những tế bào mặt trời tự hồi phục có thể giảm chi phí duy trì và gia tăng tuổi thọ của toàn bộ thiết bị.
Ông Jong Huyn Choi, trưởng nhóm nghiên cứu, trợ lí giáo sư ngành điện máy tại trường đại học Prude, cùng với các sinh viên trường này là Benjamin A. Baker, Tae-Gon Cha, M. Dane Sauffer và Yujun Wu đã cùng nhau phát triển những tế bào mặt trời có khả năng tự hồi phục. Chúng có khả năng bắt chước cơ chế quang hợp của giống như cây cối trong tự nhiên.
Trong các tế bào quang điện hóa truyền thống, ánh sáng mặt trời được biến đổi thành điện năng và chất được phân được sử dụng để dịch chuyển các electron tạo ra dòng điện.
Vấn đề của các tế bào truyền thống này nằm ở chỗ các nhóm mang màu - vốn là các chất nhuộm màu hấp thụ ánh sáng, sẽ bị yếu đi dưới ánh sáng mặt trời.
Song, với các tế bào mặt trời tự hồi phục, điều này không còn xảy ra nữa.
Để tạo ra các tế bào mặt trời mới này, nhóm nghiên cứu tại Purdue đã tận dụng hai yếu tố quan trọng để tạo ra công nghệ “bắt chước tự nhiên này”, đó là tính nửa bền nhiệt động học và tính nhận diện phân tử.
Điều này cho phép thiết bị có thể phân hủy và tái cấu trúc lại theo cách thông thường, liên tục thay thế những chất nhuộm màu đã bị ánh sáng phá hủy.
Các ống nano carbon và DNA cũng được sử dụng để hoàn thiện công nghệ này.
Tế bào mặt trời tự hồi phục lợi dụng những đặc tính điện bất thường của các ống nano carbon đơn lớp làm “các tế bào thu nhận ánh sáng trong dòng phân tử”.
Sau đó, các ống nano carbon sẽ giữ lại các chuỗi DNA. Nó cho phép chuỗi này nhận diện và kết nối phân tử ái sắc (chromophore). Nhờ vậy, thiết bị sẽ tự động hồi phục lại.
Bên cạnh đó, thiết bị mới này còn có thể hoạt động liên tiếp với công suất tối đa.
Trong tự nhiên, cây cối tự sản sinh hàng giờ, và hệ thống này cũng có thể hoạt động gần giống như vậy.
Sự khác biệt nằm ở chỗ chromophores tự nhiên khó hoạt động vì nó cần phải được bảo vệ khỏi sự tấn công của các vi khuẩn, vì vậy, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chromophores nhân tạo từ porphyrin.
Ông Choi cho biết: “Chúng tôi đã tạo ra hệ thống quang nhân tạo sử dụng các vật liệu nano quang học để thu nhận năng lượng mặt trời, biến đổi thành điện năng.
Theo tôi, nghiên cứu này hứa hẹn mang tới nhiều lợi ích cho nền công nghiệp. Song tôi nghĩ chúng tôi chỉ mới ở những bước nghiên cứu cơ bản”.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Purdue đã phát triển những tế bào mặt trời tự hồi phục có thể giảm chi phí duy trì và gia tăng tuổi thọ của toàn bộ thiết bị.
Ông Jong Huyn Choi, trưởng nhóm nghiên cứu, trợ lí giáo sư ngành điện máy tại trường đại học Prude, cùng với các sinh viên trường này là Benjamin A. Baker, Tae-Gon Cha, M. Dane Sauffer và Yujun Wu đã cùng nhau phát triển những tế bào mặt trời có khả năng tự hồi phục. Chúng có khả năng bắt chước cơ chế quang hợp của giống như cây cối trong tự nhiên.
Trong các tế bào quang điện hóa truyền thống, ánh sáng mặt trời được biến đổi thành điện năng và chất được phân được sử dụng để dịch chuyển các electron tạo ra dòng điện.
Vấn đề của các tế bào truyền thống này nằm ở chỗ các nhóm mang màu - vốn là các chất nhuộm màu hấp thụ ánh sáng, sẽ bị yếu đi dưới ánh sáng mặt trời.
Song, với các tế bào mặt trời tự hồi phục, điều này không còn xảy ra nữa.
Để tạo ra các tế bào mặt trời mới này, nhóm nghiên cứu tại Purdue đã tận dụng hai yếu tố quan trọng để tạo ra công nghệ “bắt chước tự nhiên này”, đó là tính nửa bền nhiệt động học và tính nhận diện phân tử.
Điều này cho phép thiết bị có thể phân hủy và tái cấu trúc lại theo cách thông thường, liên tục thay thế những chất nhuộm màu đã bị ánh sáng phá hủy.
Các ống nano carbon và DNA cũng được sử dụng để hoàn thiện công nghệ này.
Tế bào mặt trời tự hồi phục lợi dụng những đặc tính điện bất thường của các ống nano carbon đơn lớp làm “các tế bào thu nhận ánh sáng trong dòng phân tử”.
Sau đó, các ống nano carbon sẽ giữ lại các chuỗi DNA. Nó cho phép chuỗi này nhận diện và kết nối phân tử ái sắc (chromophore). Nhờ vậy, thiết bị sẽ tự động hồi phục lại.
Bên cạnh đó, thiết bị mới này còn có thể hoạt động liên tiếp với công suất tối đa.
Trong tự nhiên, cây cối tự sản sinh hàng giờ, và hệ thống này cũng có thể hoạt động gần giống như vậy.
Sự khác biệt nằm ở chỗ chromophores tự nhiên khó hoạt động vì nó cần phải được bảo vệ khỏi sự tấn công của các vi khuẩn, vì vậy, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chromophores nhân tạo từ porphyrin.
Ông Choi cho biết: “Chúng tôi đã tạo ra hệ thống quang nhân tạo sử dụng các vật liệu nano quang học để thu nhận năng lượng mặt trời, biến đổi thành điện năng.
Theo tôi, nghiên cứu này hứa hẹn mang tới nhiều lợi ích cho nền công nghiệp. Song tôi nghĩ chúng tôi chỉ mới ở những bước nghiên cứu cơ bản”.
