TẾ BÀO NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI: Bí ẩn về năng lượng bị mất đã được giải đáp.

Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn điện bền vững không hóa thạch và thân thiện với môi trường quan trọng nhất. Các tế bào năng lượng mặt trời silicon-based hiện đang được sử dụng nhiều nhất khoảng 33%, giúp chuyển ánh sáng mặt trời thành điện năng. Điều này là do các photon, trong chùm sáng mặt trời có năng lượng quá thấp để pin mặt trời hấp thụ hoặc quá cao, do đó một phần năng lượng bị tiêu tán thành nhiệt. Hiệu suất lý thuyết tối đa này được gọi là giới hạn Shockley-Queisser. Trong thực tế, hiệu suất của pin mặt trời hiện đại là 20-25%.

Tuy nhiên, một hiện tượng trong quang lý học phân tử được gọi là sự phân hạch đơn có thể cho phép các photon có năng lượng cao hơn được sử dụng và chuyển đổi thành điện năng mà không bị mất nhiệt. Trong những năm gần đây, sự phân hạch đơn đã thu hút sự quan tâm ngày càng nhiều của các nhà khoa học đang tiến hành các hoạt động nghiên cứu để phát triển vật liệu tối ưu. Tuy nhiên, sự thất thoát năng lượng không giải thích được trong quá trình phân hạch đơn cho đến nay đã gây khó khăn cho việc thiết kế một loại vật liệu như vậy. Các nhà nghiên cứu vẫn chưa thể tìm ra về nguồn gốc của những tổn thất năng lượng này.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Linköping, cùng với các đồng nghiệp ở Cambridge, Oxford, Donostia và Barcelona, đã phát hiện ra năng lượng mất đi trong quá trình phân hạch đơn.

“Quá trình phân hạch Singlet diễn ra trong chưa đầy một nano giây và điều này khiến việc đo lường cực kỳ khó khăn. Khám phá của chúng tôi cho phép chúng tôi tìm ra bí mật và xem năng lượng đi đâu trong quá trình phản ứng. Bằng cách này, cuối cùng chúng tôi sẽ có thể tối ưu hóa khả năng chuyển đổi thành điện năng“ Yuttapoom Puttisong, giảng viên cấp cao tại Khoa Vật lý, Hóa học và Sinh học tại Đại học Linköping, cho biết.

Một phần năng lượng biến mất dưới dạng trạng thái sáng trung gian, và đây là một vấn đề cần phải giải quyết để đạt được hiệu quả phân hạch đơn. Việc phát hiện ra nơi năng lượng mất đi là một bước quan trọng trên con đường nâng cao hiệu suất pin mặt trời cao hơn đáng kể – từ 33% hiện tại lên hơn 40%.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp chọn lọc Quang Từ chuyển tiếp để xác định vị trí mất năng lượng. Kỹ thuật này có những ưu điểm độc đáo ở chỗ nó có thể kiểm tra dấu vết của phản ứng phân hạch đơn trong thời gian nano giây. Một tinh thể đơn tà của polyene, diphenyl hexatriene (DPH), đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Tuy nhiên, kỹ thuật mới này có thể được sử dụng để nghiên cứu sự phân hạch đơn trong kho tàng vật liệu rộng lớn hơn.

Yuqing Huang là cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Vật lý, Hóa học và Sinh học tại Đại học Linköping, và là tác giả đầu tiên của bài báo hiện đã được xuất bản trên một tạp chí mới thành lập, Báo cáo Khoa học Vật lý :

“Quá trình phân hạch đơn thực tế diễn ra trong vật liệu kết tinh. Nếu chúng ta có thể tối ưu hóa vật liệu này để giữ lại càng nhiều năng lượng từ phân hạch đơn càng tốt, chúng ta sẽ tiến gần hơn đáng kể đến ứng dụng trong thực tế. Ngoài ra, vật liệu phân hạch đơn là giải pháp có thể xử lý được, giúp sản xuất rẻ và phù hợp để tích hợp với công nghệ pin mặt trời hiện có “, Yuqing Huang nói.

Nghiên cứu được tài trợ chủ yếu bởi Hội đồng Nghiên cứu Thụy Điển và Quỹ Knut and Alice Wallenberg.

---