Vật liệu lượng tử giúp tăng hiệu suất tấm pin mặt trời

Nhóm nghiên cứu sử dụng vật liệu lượng tử làm lớp kích hoạt trong tấm pin. Vật liệu cho thấy khả năng hấp thụ quang điện đạt 80% và hiệu suất lượng tử bên ngoài (EQE) lên đến 190%. Thành tựu này rất đáng chú ý vì nó vượt quá giới hạn Shockley-Queisser về chuyển hóa năng lượng, tấm pin dùng silicon truyền thống có EQE tối đa là 100%.

Giáo sư vật lý Chinedu Ekuma (Đại học Lehigh) tuyên bố: “Đây là bước nhảy vọt đáng kể về kiến thức cũng như quá trình phát triển các giải pháp năng lượng bền vững. Cách tiếp cận sáng tạo có thể tái định hình hiệu quả lẫn khả năng tiếp cận điện mặt trời trong tương lai gần”.

Mấu chốt chính giúp cải thiện hiệu suất nằm ở một tính năng độc đáo được gọi là “trạng thái dải trung gian” - mức năng lượng cụ thể trong cấu trúc điện tử của vật liệu (ảnh hưởng khả năng biến ánh sáng thành năng lượng).

Ở vật liệu mới, trạng thái dải trung gian thu lại được năng lượng photon bị mất. Tấm pin truyền thống thường mất năng lượng photon do phản xạ và nhiệt dù cho đạt EQE 100%.

Giữa hai lớp vật liệu làm từ germanium selenide và thiếc sunfua, nhóm nghiên cứu chèn nguyên tử đồng hóa trị 0 vào loạt “khoảng trống van der Waals” (khoảng trống nhỏ về mặt nguyên tử) qua đó làm tăng hiệu suất. Họ tạo ra mẫu nhờ tiến hành mô hình hóa trên máy tính.

Ứng dụng vật liệu lượng tử vào hệ thống năng lượng mặt trời sẽ đòi hỏi thêm nhiều nỗ lực nghiên cứu nữa. Tuy nhiên Giáo sư Ekuma nhấn mạnh kỹ thuật được dùng để phát triển vật liệu này đều đã rất tiên tiến. Nghiên cứu do ông dẫn đầu nhận được tài trợ từ Bộ Năng lượng Mỹ.

Theo Cơ quan Năng lượng quốc tế, năm ngoái điện mặt trời chiếm 3/4 tổng công suất năng lượng tái tạo toàn thế giới. Sản lượng điện mặt trời năm 2022 tăng tới 26%, lên gần 1.300 terawatt/giờ.