Mặt trời tạo ra năng lượng nhiều hơn mức chúng ta cần trên Trái đất, nhưng các công nghệ quang điện hiện tại vẫn còn hạn chế mà chúng ta chưa thu được nhiều ánh sáng mặt trời như tiềm năng vốn có. Đó là điều các nhà khoa học cố gắng tìm cách nâng cao khả năng thu ánh sáng mặt trời bằng các công nghệ tiên tiến.
Nhóm nghiên cứu từ Đại học Hàn Quốc mới đây vừa cho biết, họ phát hiện ra vật liệu mới, có khả năng hấp thụ gần như các bước sóng trong quang phổ mặt trời. Điều quan trọng là, các quả cầu nano vàng của họ, gọi là supraball, hấp thụ một số bước sóng mà các vật liệu quang điện truyền thống bỏ sót.
Nhóm nghiên cứu này là một trong nhiều nhóm đang nghiên cứu về các vật liệu hấp thụ ánh sáng trên toàn bộ quang phổ mặt trời. Phạm vi hấp thụ ánh sáng càng rộng, vật liệu đó càng hiệu quả trong việc thu và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng.
Trong các thử nghiệm, các nhà khoa học đã phủ một lớp supraball lên một bộ chuyển đổi điện có sẵn trên thị trường. Bằng cách mô phỏng ánh sáng mặt trời, họ chứng minh rằng, lớp supraball này có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời gần gấp đôi so với các vật liệu truyền thống.
Các hạt nano (NPs) vàng và bạc có tiềm năng rất lớn, vì chúng dễ sản xuất và giá thành không đắt lắm. Tuy nhiên, các NPs hiện tại chỉ có khả năng hấp thụ các bước sóng nhìn thấy được, nghĩa là chúng chỉ hấp thụ một phần nhỏ của toàn bộ quang phổ mặt trời.
Để mở rộng phạm vi bước sóng mà NPs có thể hấp thụ, nhóm nghiên cứu đề xuất áp dụng các supraball vàng tự lắp ráp. Đây là các NPs vàng kết tụ với nhau, tạo thành các hình cầu nhỏ. Các nhà khoa học Jaewon Lee, Seungwoo Lee, Kyung Hun Rho đã điều chỉnh đường kính của các supraball để tối đa hóa sự hấp thụ các bước sóng có trong ánh sáng mặt trời.
Ở bước chế tạo, các nhà khoa học có thể tạo ra lớp màng supraball vàng này trong điều kiện nhiệt độ phòng bình thường, mà không cần phòng sạch hoặc thiết bị chuyên dụng để tạo ra nhiệt độ cực cao.
Để xác định hiệu quả của các supraball, nhóm nghiên cứu sử dụng mô phỏng máy tính. Điều này giúp họ tối ưu hóa thiết kế của từng supraball và dự đoán hiệu suất tổng thể của chúng. Kết quả ban đầu cho thấy, các supraball có khả năng hấp thụ hơn 90% bước sóng từ ánh sáng mặt trời.
Để xác thực khám phá của mình, họ tiến hành các thử nghiệm thực tế. Các nhà khoa học làm khô một dung dịch lỏng chứa các cấu trúc supraball trên bề mặt của một máy phát điện nhiệt điện (TEG) có bán trên thị trường, thiết bị được sử dụng để chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.
Sau đó, nhóm nghiên cứu sử dụng thiết bị mô phỏng năng lượng mặt trời để thử nghiệm TEG được phủ lớp supraball. Trong các thử nghiệm, TEG cho thấy khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời trung bình khoảng 89%. Theo các nhà khoa học, con số này gần gấp đôi so với tỉ lệ 45% của TEG sử dụng màng thông thường làm từ các hạt nano vàng đơn lẻ.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Applied Materials & Interfaces.
