Các nhà nghiên cứu tại Đại Học Bang Michigan (MSU), đã chế tạo thành công một tấm thu năng lượng mặt trời hoàn toàn trong suốt, đến mức có thể thay thế cho các tấm kính truyền thống được lắp đặt ở các cửa sổ hiện nay. Thiết bị mới, được gọi là luminescent solar concentrators (tạm dịch: bộ tập trung năng lượng mặt trời phát sáng), không chỉ có tiềm năng biến các cửa sổ thành thiết bị thu, phát điện mặt trời, mà còn có thể ứng dụng trên màn hình điện thoại, kính chắn của xe cộ hay bất kỳ bề mặt trong suốt nào khác.
Các thí nghiệm với bộ thu, phát năng lượng mặt trời trong suốt không phải là điều gì quá mới mẻ, thế nhưng các kết quả vẫn còn không ổn định và nghèo nàn, đặc biệt là vấn đề sản xuất năng lượng không hiệu quả. Thêm vào đó, phần lớn vật liệu làm ra các thiết bị đó không hoàn toàn trong suốt, nên hoặc chúng bị nhuốm màu khác, hoặc sáng hoặc tối hơn yêu cầu.
“Chẳng có ai muốn ngồi bên cạnh một chiếc kính phát quang màu sắc cả” ông Richard Lunt, Phó GS về ngành Kỹ Thuật Hóa Học và Khoa Học Vật Liệu tại MSU cho biết. “Chúng được thiết kế cho những môi trường sặc sỡ, kiểu như trong sàn nhảy disco chả hạn. Thay vào đó, chúng tôi đã lựa chọn phương pháp làm cho lớp kích thích phát quang trở lên trong suốt.”
Khác với các tế bào quang điện thông thường, thu nhận năng lượng chủ yếu từ phần quang phổ ánh sáng trông thấy, bộ thu năng lượng mặt trời trong suốt phát triển bởi nhóm MSU sử dụng các phân tử hữu cơ siêu nhỏ, được thiết kế thể hấp thụ các bước sóng ánh sáng đặc biệt mà mắt người không thể trông thấy được. Để tích trữ năng lượng mặt trời, bộ thu sẽ hướng ánh sáng đến các cạnh vành đai bằng nhựa, tại đó ánh sáng sẽ được chuyển hóa thành điện năng thông qua các dải tế bào quang điện mỏng.
Theo ông Lunt, nhóm nghiên cứu có thể điều chỉnh vật liệu để chỉ hấp thụ tia tử ngoại hoặc tia ở bước sóng gần hồng ngoại (near infrared wavelengths) và sau đó “phát sáng” ở bước sóng hồng ngoại khác. Do vật liệu này không hấp thụ hoặc phát xạ ánh sáng trong khoảng quang phổ trông thấy, nên chúng gần như trong suốt khi quan sát bằng mắt thường.
Như đã trình bày ở trên, một trog những ứng dụng (được đề xuất) của loại vật liệu trong suốt này chính là làm những tấm thu năng lượng mặt trời thay thế ở những nơi mà vật liệu kính truyền thống hay nhựa trong suốt đang được sử dụng. Tuy nghiên cứu này vẫn còn rất sơ khai, theo lời của nhóm nghiên cứu, nhưng nó có tiềm năng mở rộng lên tầm thương mại hóa để sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp với chi phí có thể chấp nhận được.
Theo ông Lunt, công nghệ này có thể được sử dụng ở các tòa nhà cao tầng sử dụng nhiều cửa kính, hay các thiết bị di động đòi hỏi tính thẩm mỹ cao như điện thoại, máy tính bảng. Bạn sẽ có một bề mặt hấp thụ năng lượng mặt trời mà nếu chỉ nhìn qua thì sẽ chẳng ai có thể biết được điều đó.
Tất nhiên, về mặt hiệu suất năng lượng thì nghiên cứu này mới đạt được một mức khá là khiêm tốn. Dù các bộ thu năng lượng khác bị gọi là “kém hiệu suất” thì chúng vẫn đạt được hiệu suất chuyển đối lên tới gần 7%, trong khi nguyên mẫu của MSU chỉ đạt hiệu suất chuyển đổi 1%. Theo nhóm nghiên cứu, thì nhóm đặt mục tiêu nâng hiệu suất lên tới “trên 5%” trong những phat triển tiếp theo.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Advanced Optical Materials.
Biên dịch: Trungmaster, theo Gizmag
Link luận văn:
Zhao, Y., Meek, G. A., Levine, B. G. and Lunt, R. R. (2014), Light Harvesting: Near-Infrared Harvesting Transparent Luminescent Solar Concentrators (Advanced Optical Materials 7/2014). Advanced Optical Materials, 2: 599. doi: 10.1002/adom.201470040
