Các nhà nghiên cứu với phòng thí nghiệm Berkeley tại trường Đại học Califocnia đã phát triển được loại pin mặt trời siêu mỏng đầu tiên, hoàn toàn bằng các tinh thể nanô vô cơ và đúc từ dung dịch. Các loại pin mặt trời bằng tinh thể nanô kép này rẻ và dễ chế tạo như loại pin mặt trời làm bằng polyme hữu cơ và có thêm một ưu thế là ổn định trong không khí vì chúng không chứa vật liệu hữu cơ.
Iian Gur, nhà nghiên cứu của Ban Khoa học Vật liệu của Phòng Thí nghiệm Berkeley cho biết các tinh thể nanô vô cơ dạng keo này có tất cả các tính chất ưu việt cơ bản của vật liệu hữu cơ - có thể điều khiển quá trình tổng hợp và nâng cấp, là khả năng tạo điều kiện xử lý trong dung dịch, và giảm nhẹ được độ nhạy với việc cho phụ gia thay thế, đồng thời duy trì được khả năng hấp phụ dải rộng và các tính chất vận chuyển tốt của vật liệu bán dẫn quang vontaic truyền thống.
Các nhà nghiên cứu mô tả kỹ thuật, trong đó các tinh thể nanô hình que của hai vật liệu bán dẫn, là cađimi-selenua (CdSe) và cađimi-telurid (CdTe), được tổng hợp riêng rẽ và sau đó hòa tan vào dung dịch và được đúc lên trên chất nền thủy tinh dẫn điện. Màng vật liệu được tạo thành, mỏng hơn 1/1000 sợi tóc người, có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện với hiệu suất khoảng 3%. Hiệu suất này so sánh được với hiệu suất chuyển đổi của loại pin mặt trời hữu cơ tốt nhất, tuy nhiên cơ bản vẫn thấp hơn nhiều so với màng mỏng pin mặt trời bằng silic thông thường.
Theo Gur, các nhà nghiên cứu còn phải đi mọt con đường dai để đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng, tuy nhiên, pin mặt trời bằng tinh thể nanô kép là loại siêu mỏng, được sản xuất từ dung dịch, có nghĩa là có tiềm năng giảm chi phí, tạo cho pin Mặt trời hữu cơ tính hấp dẫn so với các vật liệu bán dẫn thông thường của chúng.
Như mọi người tiêu dùng đều nhận thức được, chi phí nhiên liệu hóa thạch đang gia tăng. Từ giá leo thang tại các thiết bị bơm khí, đến sự tan chảy của các mỏm băng ở cực, thông điệp đã rõ ràng: cần tìm ra các nguồn năng lượng thay thế.
Năng lượng mặt trờ , về nhiều phương diện, là một sự lựa chọn lý tưởng. Đó là một nguồn phong phú, mặt trời chiếu 1000 W năng lượng trên 1 mét vuông của bề mặt Trái đất mỗi ngày và sẽ chiếu sáng hành tinh của chúng ta. suốt đời. Năng lượng này không tạo ra ô nhiễm vào không khí, không góp phần vào sự thay đổi khí hậu toàn cầu và không mất tiền. Chi phí chỉ xuất hiện khi biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng.
Hầu hết các loại pin mặt trời thương mại hiện nay được chế tạo từ silic. Giống như nhiều chất bán dẫn thông thường, silic có tính chất điện tốt. Tuy nhiên, sử dụng silic hoặc các chất bán dẫn thông thường khác trong các thiết bị quang vontaic cho đến nay bị hạn chế do chi phí sản xuất cao, thậm chí việc chế tạo pin mặt trời bán dẫn đơn giản nhất cũng là một quy trình phức tạp, diễn ra trong điều kiện được kiểm soát chính xác, như chân không và nhiệt độ khoảng từ 400 - 1400 oC.
Không giống như các loại pin mặt trời bán dẫn thông thường, trong đó dòng điện chạy giữa các lớp màng bán dẫn n-type và p-type, ở loại pin mặt trời bằng tinh thể nanô vô cơ mới này dòng điện được tạo ra bởi cặp các phân tử có tác dụng như là chất cho và chất nhận điện tích, còn được gọi là lớp chuyển tiếp dị thể chất cho-chất nhận. Đây cũng giống như cơ chế của dòng điện chạy trong pin mặt trời bằng chất dẻo.
Gur cho biết, vì pin mặt trời bằng tinh thể nanô vô cơ tỏ ra hoạt động tốt trên cơ sở mô hình lớp chuyển tiếp dị thể chất cho-chất nhận điển hình cho các hệ vật liệu hữu cơ, chúng giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn các tính chất vật liệu cần thiết cần thiết để chế tạo thiết bị như vậy. Công trình nghiên cứu này cũng làm sáng tỏ một số sự tương tự chủ yếu giữa các màng tinh thể nanô và polyme.
Màng CdSe và CdTe là các chất cách điện trong bóng tối, tuy nhiên khi tiếp súc với ánh nắng mặt trời độ dẫn điện của vật liệu tăng lên nhiều, với cấp độ tăng gấp 3 lần. Quy trình thiêu kết các tinh thể nanô được nhận thấy là cải thiện rất nhiều hiệu quả của các màng vật liệu này. Không giống như các loại pin mặt trời bằng chất dẻo, hiệu suất của chúng bị suy giảm nhiều theo thời gian, quá trình lão hóa dường như lại cải thiện hiệu quả của pin mặt trời bằng tinh thể nanô vô cơ này.
(Tech Monitor, 12/2005)
***********