Bí ẩn loại pin mặt trời đột phá đã được giải mã sau gần 100 năm

5 giờ trướcBài gốc

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Cambridge (Anh) vừa công bố phát hiện đáng chú ý về một phân tử bán dẫn hữu cơ mới có khả năng tạo ra các tấm pin mặt trời nhẹ hơn và đơn giản hơn, hoàn toàn từ một vật liệu duy nhất. Khám phá này đã đi ngược lại nhận định “không thể nào” mà các nhà vật lý đưa ra trong gần một thế kỷ qua.

Phát hiện sẽ mở ra một bước đi hoàn toàn mới cho ngành pin mặt trời.

Theo đó, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một cơ chế thu thập ánh sáng mạnh mẽ, trước đây chỉ được biết đến ở các vật liệu vô cơ như oxit kim loại. Cơ chế này hoạt động hiệu quả trong một phân tử bán dẫn hữu cơ có tên gọi P3TTM.

Giáo sư Hugo Bronstein, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi không chỉ cải tiến các thiết kế cũ. Chúng tôi đang viết một chương mới trong sách giáo khoa, chứng minh rằng các vật liệu hữu cơ có khả năng tự tạo ra điện tích”.

Nghiên cứu tập trung vào phân tử độc đáo này, trong đó một electron đơn lẻ ở lõi của phân tử có thể tạo ra các tính chất điện tử và từ tính đặc biệt. Theo nhà nghiên cứu Biwen Li, chìa khóa của khám phá này nằm ở cách các phân tử tương tác với nhau. Khi được sắp xếp chặt chẽ, các electron chưa ghép đôi sẽ sắp xếp xen kẽ theo chiều lên và xuống, tạo ra hiện tượng được gọi là hành vi Mott-Hubbard, trước đây chỉ được quan sát ở các oxit kim loại phức tạp.

Cấu trúc hóa học của P3TTM bên cạnh ảnh chụp phát quang từ màng P3TTM.

Khi hấp thụ ánh sáng, một trong những electron này sẽ nhảy sang electron lân cận, tạo ra các điện tích dương và âm có thể dễ dàng được trích xuất để tạo ra dòng điện. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh khái niệm này bằng cách chế tạo một pin mặt trời từ màng phân tử P3TTM, cho thấy tỷ lệ chuyển đổi điện năng gần như đạt 1, tức là hầu hết các photon được hấp thụ đều chuyển thành điện năng có thể sử dụng.

Điều đặc biệt là vật liệu hữu cơ mới này có khả năng tự tạo ra điện tích, khác với các thiết kế truyền thống cần hai vật liệu để tách điện tích. Các chuyên gia đã thiết kế cấu trúc phân tử để kiểm soát sự tiếp xúc giữa các phân tử và duy trì cân bằng năng lượng Mott-Hubbard, mở ra khả năng chế tạo pin mặt trời đơn vật liệu với chi phí thấp.

Phát hiện này cũng vinh danh nhà vật lý Sir Nevill Mott, người đã đặt nền tảng cho vật lý vật chất ngưng tụ hiện đại. Giáo sư Sir Richard Friend, tác giả chính của bài báo, cho biết: “Những hiểu biết sâu sắc của Mott là nền tảng cho sự nghiệp của tôi và cho sự hiểu biết của chúng tôi về chất bán dẫn. Việc chứng kiến những quy luật cơ học lượng tử này được thể hiện trong một lớp vật liệu hữu cơ hoàn toàn mới là điều đặc biệt”.

Phát hiện có thể khiến ngành vật lý “viết lại giáo trình” sau gần một thế kỷ.

Khám phá này không chỉ giải quyết một vấn đề vật lý đã tồn tại hàng thế kỷ mà còn mở ra một con đường mới cho việc phát triển các tế bào năng lượng mặt trời hiệu suất cao, dễ sản xuất, từ đó góp phần thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang năng lượng bền vững.

THIÊN AN - Interesting Engineering

Nguồn Người Đưa Tin : https://nguoiduatin.vn/bi-an-loai-pin-mat-troi-dot-pha-da-duoc-giai-ma-sau-gan-100-nam-204250910110402922.htm