Sau sáu năm phát triển, chiếc EV chạy bằng năng lượng mặt trời của công ty khởi nghiệp công nghệ Hà Lan, được đặt tên là 'the 0', đã sẵn sàng ra mắt. Phương tiện cải tiến này tự hào có khả năng hoạt động hàng tháng mà không cần sạc lại, thiết lập tiêu chuẩn mới về hiệu quả trong vận tải điện. 

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Lehigh đã phát triển một vật liệu lượng tử mới có thể cách mạng hóa đáng kể hiệu quả của các tấm pin mặt trời. Vật liệu cải tiến này, kết hợp đồng, germanium selenide (GeSe) và thiếc sulfide (SnS), đã chứng minh hiệu suất lượng tử bên ngoài (EQE) lên tới 190%. Con số này vượt qua giới hạn hiệu quả thông thường, cho thấy một bước đột phá có thể biến đổi việc thu năng lượng mặt trời.

Hiểu được sự đột phá về hiệu quả

Pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng và hiệu quả của chúng được đo bằng EQE, theo truyền thống đạt tối đa 100%. Hiệu suất 100% này có nghĩa là mỗi photon ánh sáng tạo ra một electron điện. Tuy nhiên, vật liệu mới được phát triển tại Lehigh sử dụng một cơ chế được gọi là tạo ra nhiều exciton (MEG), trong đó các photon năng lượng cao có thể tạo ra nhiều hơn một electron, do đó đẩy hiệu suất vượt quá rào cản 100%.

Điều làm nên sự khác biệt của vật liệu này là việc sử dụng "trạng thái dải trung gian" - mức năng lượng cụ thể trong vật liệu giúp nâng cao khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời của nó. Những mức năng lượng này nằm ở vị trí lý tưởng để khai thác các photon mà pin mặt trời thông thường sẽ lãng phí. Vật liệu này khai thác phạm vi quang phổ mặt trời rộng hơn bằng cách hấp thụ ánh sáng bổ sung trong phổ hồng ngoại và phổ khả kiến, từ đó thúc đẩy sản xuất điện.

Khoa học đằng sau sự đổi mới

 lxeksgl8
Sơ đồ pin mặt trời màng mỏng với CuxGeSe/SnS là lớp hoạt động. Nhà cung cấp hình ảnh: Phòng thí nghiệm Ekuma / Đại học Lehigh

đồ họa đăng ký nội tâm

Hiệu suất ấn tượng của vật liệu bắt nguồn từ việc thao tác cấu trúc chính xác ở cấp độ phân tử. Bằng cách chèn các nguyên tử đồng vào các lớp GeSe và SnS, các nhà nghiên cứu đã tạo ra cấu trúc hai chiều liên kết chặt chẽ cho phép tương tác photon độc đáo với vật liệu. Những tương tác này xảy ra trong các khoảng trống van der Waals – những khoảng trống nhỏ giữa các lớp vật liệu nơi các nguyên tử đồng cư trú.

Thông qua các mô phỏng máy tính và phương pháp thử nghiệm rộng rãi, nhóm nghiên cứu đã mài giũa một kỹ thuật cho phép đặt chính xác các nguyên tử đồng, giảm thiểu các hiệu ứng không mong muốn như phân cụm, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của vật liệu.

Nhìn về phía trước: Những thách thức và cơ hội

Sự phát triển của một loại vật liệu lượng tử mới với hiệu suất lượng tử lên tới 190% của các nhà nghiên cứu tại Đại học Lehigh có thể thúc đẩy đáng kể hoạt động vận tải sử dụng năng lượng mặt trời, bao gồm ô tô, xe tải và xe buýt.

Vật liệu đột phá này có khả năng thu được quang phổ rộng của ánh sáng mặt trời một cách hiệu quả, giải quyết những hạn chế hiện tại của các phương tiện chạy bằng năng lượng mặt trời bằng cách cung cấp đủ năng lượng cho những chuyến đi đường dài và nặng hơn mà không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Việc tích hợp các pin mặt trời hiệu suất cao này vào các thiết kế phương tiện mang lại khả năng giảm đáng kể lượng khí thải carbon, đặc biệt là ở các phương tiện sử dụng nhiều như xe buýt và xe tải, nơi chi phí nhiên liệu và tác động môi trường là những mối lo ngại đáng kể.

Khi những pin mặt trời tiên tiến này được phát triển hơn nữa để sử dụng thực tế, chúng có thể biến đổi động lực kinh tế và môi trường trên toàn cầu. Giảm chi phí vận hành phương tiện và lượng khí thải carbon có thể giúp tiết kiệm tài chính đáng kể và cải thiện sức khỏe cộng đồng thông qua không khí sạch hơn.

Hơn nữa, việc chuyển sang sử dụng các phương tiện chạy bằng năng lượng mặt trời sẽ làm giảm sự phụ thuộc toàn cầu vào dầu mỏ, tăng cường ổn định địa chính trị và thúc đẩy tạo việc làm trong các lĩnh vực năng lượng tái tạo. Sự thay đổi này thể hiện một bước quan trọng hướng tới giao thông toàn cầu bền vững, phù hợp với các mục tiêu môi trường rộng lớn hơn và mở đường cho một tương lai sạch hơn, bền vững hơn.

Mặc dù kết quả đầy hứa hẹn nhưng vẫn còn một con đường phía trước trước khi thương mại hóa vật liệu này. Việc tích hợp vật liệu lượng tử mới này vào các hệ thống năng lượng mặt trời hiện có đòi hỏi phải nghiên cứu và phát triển thêm. Mặc dù tiên tiến nhưng quy trình sản xuất cần phải được mở rộng quy mô để có thể ứng dụng thực tế trong ngành năng lượng mặt trời.

Những lợi ích tiềm năng của công nghệ này là rất lớn. Bằng cách tăng đáng kể hiệu suất của pin mặt trời, chúng ta có thể đạt được những bước tiến hướng tới các giải pháp năng lượng bền vững hơn, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm tác động đến môi trường của việc sản xuất năng lượng.

Công trình của Giáo sư Chinedu Ekuma và nhóm của ông tại Đại học Lehigh thể hiện một bước nhảy vọt đáng kể trong lĩnh vực quang điện. Sự phát triển của họ thách thức những giới hạn hiện có và mở ra những con đường mới cho tương lai của năng lượng tái tạo. Khi công nghệ này phát triển, nó có thể tạo ra các hệ thống năng lượng mặt trời hiệu quả và giá cả phải chăng hơn, giúp năng lượng mặt trời dễ tiếp cận hơn trên toàn thế giới và giúp duy trì nhu cầu năng lượng toàn cầu.

Lưu ý

jenningsRobert Jennings là đồng xuất bản của InnerSelf.com với vợ là Marie T Russell. Anh theo học tại Đại học Florida, Học viện Kỹ thuật Miền Nam và Đại học Trung tâm Florida với các nghiên cứu về bất động sản, phát triển đô thị, tài chính, kỹ thuật kiến ​​trúc và giáo dục tiểu học. Ông là một thành viên của Thủy quân lục chiến Hoa Kỳ và Quân đội Hoa Kỳ đã chỉ huy một khẩu đội pháo dã chiến ở Đức. Ông làm việc trong lĩnh vực tài chính, xây dựng và phát triển bất động sản trong 25 năm trước khi thành lập InsideSelf.com vào năm 1996.

Nội tâm được dành để chia sẻ thông tin cho phép mọi người đưa ra những lựa chọn sáng suốt và có học thức trong cuộc sống cá nhân của họ, vì lợi ích chung và vì sự thịnh vượng của hành tinh. Tạp chí InsideSelf đã hơn 30 năm xuất bản dưới dạng bản in (1984-1995) hoặc trực tuyến dưới dạng InnerSelf.com. Xin hãy ủng hộ công việc của chúng tôi.

 Creative Commons 4.0

Bài viết này được cấp phép theo Giấy phép 4.0 chia sẻ tương tự Creative Commons. Thuộc tính tác giả Robert Jennings, InsideSelf.com. Liên kết trở lại bài viết Bài viết này ban đầu xuất hiện trên Nội địa.com