Vật liệu bán dẫn mới làm giảm giá thành pin mặt trời

Các loại pin quang điện thường sử dụng silicon để hấp thụ ánh sáng, tuy nhiên, chỉ những loại silicon cực kỳ tinh khiết mới đáp ứng được yêu cầu này. Giải pháp mới đây của các nhà khoa học Mỹ, Đại học California, Santa Barbara, có thể giúp khai thác năng lượng mặt trời với giá thành thấp, tương tự như từ dầu hỏa hay khí đốt.

Trong pin quang điện thường, tấm silicon sẽ hấp thụ năng lượng mặt trời, làm bắn các electron ra khỏi một bản tích điện âm và tạo ra trên đó các “lỗ trống” tích điện dương (hole). Cùng lúc ấy, silicon sẽ mang dòng electron này tới các điện cực. Tuy nhiên, chỉ những loại silicon rất tinh khiết mới có thể thực hiện được đồng thời nhiều nhiệm vụ như vậy.

Eric McFarland và cộng sự đã chọn một hướng đi khác, đó là phân công lao động cho các bộ phận trong pin quang điện. Thiết bị của họ gồm có 3 lớp: trên cùng là một màng mỏng các phân tử chất màu, đóng vai trò hấp thụ ánh sáng, kế đến là một màng kim loại bằng vàng, và dưới cùng là một lớp vật liệu bán dẫn rẻ tiền bằng titan dioxide.

Các electron sau khi bị bắn ra khỏi màng chất nhuộm sẽ chạy xuyên qua lớp vàng và tụ lại trên lớp titan dioxide. Do lớp bán dẫn này không phải kiêm thêm nhiệm vụ hấp thụ ánh sáng, nên nó có thể được làm từ các loại vật liệu rẻ hơn silicon tinh khiết rất nhiều.

Tuy nhiên cho tới nay, hiệu suất của loại pin quang điện này vẫn chưa cao. Nó chỉ chuyển được chưa đầy 1% năng lượng ánh sáng thành điện năng, so với 15% ở các pin quang điện thông thường. Nhiều nhà khoa học phỏng đoán rằng, đó là vì các electron mất năng lượng khi chạy xuyên qua lớp kim loại.

B.H. (theo Nature)