Trong hàng chục năm qua, quá trình hình thành và phát triển pin quang điện đang vô cùng nhanh chóng mạnh mẽ, một loại vật liệu được gọi là chất bán dẫn hữu cơ (organic semiconductors), được tạo ra bởi các phân tử hoặc polyme, đã và đang được phát triển để phục vụ cho các mục đích này. Nhưng một số tính chất của các vật liệu này gây ra một trở ngại lớn làm hạn chế việc sử dụng rộng rãi chúng.
Phát hiện mới về vật liệu chế tạo pin mặt trời
Phó giáo sử vật lý và thiên văn học tại Đại học Kansas, Wai-lun Chan nói: "Trong các vật liệu này, một electron thường được liên kết với bản sao của nó, một electron bị thiếu được hiểu là 'lỗ trống' và không thể di chuyển tự do".
Có thể nói rằng các electron tự do trong vật liệu là rất hiếm và không thể tạo ra bằng cách hấp thụ ánh sáng. Điều này cản trở việc sử dụng vật liệu hữu cơ này trong các ứng dụng như tấm pin mặt trời vì các tấm pin được chế tạo bằng các vật liệu này thường có hiệu suất kém.
Chính vì vấn đề này, Chan cho biết việc "giải phóng các electron" được coi là trọng tâm trong việc phát triển chất bán dẫn hữu cơ ứng dụng cho pin năng lượng mặt trời, cảm biến ánh sáng và nhiều ứng dụng quang điện tử khác.
Giờ đây, hai nhóm nghiên cứu vậy lý tại KU, dẫn đầu bởi Chan và Hui Zhao (giáo sư vật lý và thiên văn học) đã tạo ra các electron tự do từ chất bán dẫn hữu cơ khi đã kết hợp với một lớp molybdenum disulfide (MoS2) và một lớp chất bán dẫn vừa được phát hiện gần đây (2D - two dimensional semiconductor).
Lớp 2D mà tôi vừa nhắc ở trên cho phép các electron thoát khỏi "lỗ trống" và di chuyển tự do. Những phát hiện vừa được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội hoá học Hoa Kỳ, một tạp chí hàng đầu về hoá học và các lĩnh vực khoa học.
Trong vài năm qua, nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu làm thể nào để có thể giảm bớt các khoản phí trong sản xuất một cách hiệu quả từ công nghệ chất bán dẫn hữu cơ 2D này.
Ông Chan cho biết: "Một trong những giải định phổ biến là các electron tự do có thể được tạo ra từ mạch giao diện miễn là các electron có thể được chuyển từ vật liệu này sang vật liệu khác trong một khoảng thời gian tương đối ngắn (thấp hơn 1/1000 giây). Tuy nhiên, một vài sinh viên tốt nghiệp cùng với tôi đã tìm thấy rằng sự chuyển điện tử cực nhanh trong nó là không đủ để đảm bảo việc tạo ra các electron tự do từ sự hấp thụ ánh sáng. Đó là bởi vì các 'lỗ trống' có thể ngăn các electron di chuyển ra khỏi mạch giao diện."
Landscape năng lượng của các electron có thể được xem như một bản đồ địa hình của một ngon núi. Một người leo núi chọn con đường của mình dựa trên bản đồ đường viền chiều cao, tương tự thì chuyển động của electron ở mạch giao diện giữa 2 vật liệu được điều khiển bởi landscape electron gần mạch giao diện.
Phát hiện của Chan và Zhao sẽ giúp phát triển các nguyên tắc chung về cách thiết kế landscape để giải phóng các electron trong các vật liệu lai tạp như vậy.
Khám phá này được thực hiện bằng cách kết hợp hai công cụ thí nghiệm bổ sung cao dựa trên laser cực nhanh, quang phổ quang hóa thời gian quyết định trong phòng thí nghiệm của Chan và hấp thụ quang học thoáng qua trong phòng thí nghiệm của Zhao. Cả hai thiết lập thử nghiệm đều nằm ở tầng hầm của Integrated Science Building.
Trong thí nghiệm quang phổ quang hóa được giải quyết theo thời gian, Kafle đã sử dụng một xung laser cực nhanh chỉ tồn tại trong 10^(-14) của một giây để kích hoạt chuyển động của các electron. Ưu điểm của việc sử dụng xung ngắn như vậy là nhà nghiên cứu biết chính xác thời gian bắt đầu hành trình của electron. Kafle sau đó đã sử dụng một xung laser ultrashort khác để đánh lại mẫu vào thời điểm được kiểm soát chính xác so với xung đầu tiên. Xung thứ hai này đủ năng lượng để loại bỏ các electron này khỏi mẫu.
Bằng cách đo năng lượng của các electron này (hiện đang ở trong chân không) và sử dụng nguyên lý bảo toàn năng lượng, các nhà nghiên cứu đã có thể tìm ra năng lượng của các electron trước khi chúng bị đá ra và do đó tiết lộ hành trình của các electron này kể từ khi chúng bị tấn công xung đầu tiên. Kỹ thuật này đã giải quyết năng lượng của các electron bị kích thích khi nó di chuyển trên giao diện sau khi hấp thụ ánh sáng. Do chỉ các electron ở gần bề mặt trước của mẫu có thể được giải phóng bởi xung thứ hai, vị trí của electron so với giao diện cũng được tiết lộ với độ chính xác nguyên tử.
Trong các phép đo hấp thụ quang học thoáng qua, Peng Yao (một sinh viên thỉnh giảng) và Peymon Zereshki tốt nghiệp KU, cả hai được giám sát bởi Zhao, cũng sử dụng một kỹ thuật hai xung, với xung đầu tiên khởi động chuyển động của electron theo cách tương tự. Tuy nhiên, trong các phép đo của họ, xung thứ hai thực hiện thủ thuật theo dõi các electron bằng cách phát hiện phần xung thứ hai được phản xạ từ mẫu, thay vì loại bỏ các electron.
Zhao nói: "Vì ánh sáng có thể xuyên qua một khoảng cách xa hơn, phép đo có thể thăm dò các electron ở toàn bộ chiều sâu của mẫu và do đó cung cấp thông tin bổ sung cho các kỹ thuật đầu tiên có độ nhạy bề mặt cao hơn. Những phép đo chi tiết này cho phép chúng tôi tái cấu trúc quỹ đạo của electron và xác định các điều kiện cho phép tạo ra các electron tự do hiệu quả."
Trên đây là một số thông tin về loại vật liệu mới ứng dụng để cấu tạo pin năng lượng mặt trời trong tương lai cũng như bcó một chút thông tin về một trong những công ty sản xuất tấm pin Jinko Solar hàng đầu trên thế giới. Hi vọng bài viết này sẽ bổ sung thêm cho quý độc giả một luồng kiến thức hữu ích!
<<< Xem lại các công nghệ pin năng lượng mặt trời đang phổ biến hiện nay
Có thể nói rằng các electron tự do trong vật liệu là rất hiếm và không thể tạo ra bằng cách hấp thụ ánh sáng. Điều này cản trở việc sử dụng vật liệu hữu cơ này trong các ứng dụng như tấm pin mặt trời vì các tấm pin được chế tạo bằng các vật liệu này thường có hiệu suất kém.
Chính vì vấn đề này, Chan cho biết việc "giải phóng các electron" được coi là trọng tâm trong việc phát triển chất bán dẫn hữu cơ ứng dụng cho pin năng lượng mặt trời, cảm biến ánh sáng và nhiều ứng dụng quang điện tử khác.
Giờ đây, hai nhóm nghiên cứu vậy lý tại KU, dẫn đầu bởi Chan và Hui Zhao (giáo sư vật lý và thiên văn học) đã tạo ra các electron tự do từ chất bán dẫn hữu cơ khi đã kết hợp với một lớp molybdenum disulfide (MoS2) và một lớp chất bán dẫn vừa được phát hiện gần đây (2D - two dimensional semiconductor).
Lớp 2D mà tôi vừa nhắc ở trên cho phép các electron thoát khỏi "lỗ trống" và di chuyển tự do. Những phát hiện vừa được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội hoá học Hoa Kỳ, một tạp chí hàng đầu về hoá học và các lĩnh vực khoa học.
Trong vài năm qua, nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu làm thể nào để có thể giảm bớt các khoản phí trong sản xuất một cách hiệu quả từ công nghệ chất bán dẫn hữu cơ 2D này.
Ông Chan cho biết: "Một trong những giải định phổ biến là các electron tự do có thể được tạo ra từ mạch giao diện miễn là các electron có thể được chuyển từ vật liệu này sang vật liệu khác trong một khoảng thời gian tương đối ngắn (thấp hơn 1/1000 giây). Tuy nhiên, một vài sinh viên tốt nghiệp cùng với tôi đã tìm thấy rằng sự chuyển điện tử cực nhanh trong nó là không đủ để đảm bảo việc tạo ra các electron tự do từ sự hấp thụ ánh sáng. Đó là bởi vì các 'lỗ trống' có thể ngăn các electron di chuyển ra khỏi mạch giao diện."
Landscape năng lượng của các electron có thể được xem như một bản đồ địa hình của một ngon núi. Một người leo núi chọn con đường của mình dựa trên bản đồ đường viền chiều cao, tương tự thì chuyển động của electron ở mạch giao diện giữa 2 vật liệu được điều khiển bởi landscape electron gần mạch giao diện.
Phát hiện của Chan và Zhao sẽ giúp phát triển các nguyên tắc chung về cách thiết kế landscape để giải phóng các electron trong các vật liệu lai tạp như vậy.
Khám phá này được thực hiện bằng cách kết hợp hai công cụ thí nghiệm bổ sung cao dựa trên laser cực nhanh, quang phổ quang hóa thời gian quyết định trong phòng thí nghiệm của Chan và hấp thụ quang học thoáng qua trong phòng thí nghiệm của Zhao. Cả hai thiết lập thử nghiệm đều nằm ở tầng hầm của Integrated Science Building.
Trong thí nghiệm quang phổ quang hóa được giải quyết theo thời gian, Kafle đã sử dụng một xung laser cực nhanh chỉ tồn tại trong 10^(-14) của một giây để kích hoạt chuyển động của các electron. Ưu điểm của việc sử dụng xung ngắn như vậy là nhà nghiên cứu biết chính xác thời gian bắt đầu hành trình của electron. Kafle sau đó đã sử dụng một xung laser ultrashort khác để đánh lại mẫu vào thời điểm được kiểm soát chính xác so với xung đầu tiên. Xung thứ hai này đủ năng lượng để loại bỏ các electron này khỏi mẫu.
Bằng cách đo năng lượng của các electron này (hiện đang ở trong chân không) và sử dụng nguyên lý bảo toàn năng lượng, các nhà nghiên cứu đã có thể tìm ra năng lượng của các electron trước khi chúng bị đá ra và do đó tiết lộ hành trình của các electron này kể từ khi chúng bị tấn công xung đầu tiên. Kỹ thuật này đã giải quyết năng lượng của các electron bị kích thích khi nó di chuyển trên giao diện sau khi hấp thụ ánh sáng. Do chỉ các electron ở gần bề mặt trước của mẫu có thể được giải phóng bởi xung thứ hai, vị trí của electron so với giao diện cũng được tiết lộ với độ chính xác nguyên tử.
Trong các phép đo hấp thụ quang học thoáng qua, Peng Yao (một sinh viên thỉnh giảng) và Peymon Zereshki tốt nghiệp KU, cả hai được giám sát bởi Zhao, cũng sử dụng một kỹ thuật hai xung, với xung đầu tiên khởi động chuyển động của electron theo cách tương tự. Tuy nhiên, trong các phép đo của họ, xung thứ hai thực hiện thủ thuật theo dõi các electron bằng cách phát hiện phần xung thứ hai được phản xạ từ mẫu, thay vì loại bỏ các electron.
Zhao nói: "Vì ánh sáng có thể xuyên qua một khoảng cách xa hơn, phép đo có thể thăm dò các electron ở toàn bộ chiều sâu của mẫu và do đó cung cấp thông tin bổ sung cho các kỹ thuật đầu tiên có độ nhạy bề mặt cao hơn. Những phép đo chi tiết này cho phép chúng tôi tái cấu trúc quỹ đạo của electron và xác định các điều kiện cho phép tạo ra các electron tự do hiệu quả."
Tấm pin năng lượng mặt trời Jinko Solar luôn dẫn đầu về ứng dụng công nghệ mới
Jinko Solar là một trong những nhà sản xuất tấm pin hàng đầu thế giới về sản lượng bán ra, chất lượng sản phẩm và cả việc ứng dụng các công nghệ mới nhất vào pin Jinko Solar.
Trong các series sản phẩm tấm pin Jinko mới nhất như Tiger, Cheetah họ đều áp dụng các công nghệ sản xuất mới nhất và đáng kể nhất là Half-cell, Tiling Ribbon và tăng số lượng thanh cái busbar.
Việc liên tục cập nhật, cải tiến các công nghệ sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời sẽ giúp các hệ thống solar càng ngày càng hiệu quả hơn, cho ra sản lượng điện mặt trời cao hơn, ít hư hỏng hơn cũng như chi phí lắp điện mặt trời cũng thấp hơn.
Trên đây là một số thông tin về loại vật liệu mới ứng dụng để cấu tạo pin năng lượng mặt trời trong tương lai cũng như bcó một chút thông tin về một trong những công ty sản xuất tấm pin Jinko Solar hàng đầu trên thế giới. Hi vọng bài viết này sẽ bổ sung thêm cho quý độc giả một luồng kiến thức hữu ích!
<<< Xem lại các công nghệ pin năng lượng mặt trời đang phổ biến hiện nay
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét