01/11/2017
Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Yale đã chứng minh khả năng sử dụng tảo cát hóa thạch để cải tiến công nghệ năng lượng mặt trời (NLMT). Nhóm nghiên cứu hy vọng khai thác đặc tính này của tảo cát để phát triển công nghệ NLMT.
Trong phòng thí nghiệm của Andre Taylor, Phó Giáo sư về kỹ thuật hóa học và môi trường, tảo cát hóa thạch đã được sử dụng để khắc phục hạn chế trong khâu thiết kế, từ lâu đã cản trở sự phát triển của pin mặt trời hữu cơ. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Organic Electronics.
Tảo cát là loại tảo sinh sôi mạnh và có khả năng điều chỉnh ánh sáng, xuất hiện với khối lượng lớn trong mọi loại thủy vực và thậm chí cả trong vỏ cây. Tải cát có một bộ khung được làm bằng silic hoặc thủy tinh có cấu trúc nano. Nghiên cứu sinh tiến sỹ Lyndsey McMillon-Brown - Trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, thật tuyệt vời vì tảo cát xuất hiện trong tự nhiên. Chúng bẫy và tán xạ ánh sáng cho tảo quang hợp, do đó, có thể sử dụng trực tiếp thứ gì đó từ thiên nhiên và đưa vào pin mặt trời.
Tảo cát được chứng minh có giá trị đặc biệt đối với thiết kế các công nghệ NLMT được gọi là pin mặt trời hữu cơ - một lựa chọn chi phí thấp hơn so với các công nghệ NLMT thông thường. Tuy nhiên, thách thức trong việc thiết kế pin là cần có các lớp hoạt tính rất mỏng cỡ 100 - 300 nanomet, làm hạn chế hiệu quả chuyển đổi ánh sáng thành điện. Các phương thức khắc phục bao gồm gắn các cấu trúc nano để bẫy và tán xạ ánh sáng nhằm tăng cường khả năng hấp thụ, rất tốn kém để có thể áp dụng cho sản xuất trên quy mô lớn.
Tảo cát có thể làm được điều đó. Tảo cát đã được tối ưu hóa để hấp thụ ánh sáng qua hàng tỷ năm tiến hóa thích nghi. Đây là loại thực vật phù du phổ biến nhất được tìm thấy trong tự nhiên và giá thành rẻ. Nhóm nghiên cứu bao gồm các cộng tác viên từ NASA, Đại học Princeton và Đại học Lincoln, đã phân tán tảo cát trong lớp hoạt tính của pin mặt trời. Kết quả đã giảm khối lượng vật liệu cần cho lớp hoạt tính nhưng vẫn đảm bảo cùng mức điện năng.
Dù ban đầu tảo cát có kích thước quá lớn để sử dụng cho lớp hoạt tính, nhưng nhóm nghiên cứu đã khắc phục bằng quy trình nghiền đơn giản. McMillon-Brown cho biết: "Quy trình này không làm gián đoạn các bước xử lý, do đó, không làm tăng thêm bất cứ sự phiền toái hay thách thức nào và chắc chắn có thể dễ dàng được bổ sung để cải tiến pin mặt trời hữu cơ thương mại”. Kết quả nghiên cứu sẽ còn triển vọng hơn nếu thực hiện một số điều chỉnh. Theo Taylor, có thể sử dụng nhiều loại tảo cát khác nhau, điều chỉnh đúng kích thước và sử dụng một số polyme cho -nhận phù hợp để tăng hiệu suất pin.
Giáng Hương (Theo KH&CN)
