Chip năng lượng mặt trời hiệu quả hơn 100 lần

09/07/2013

Các nhà khoa học làm việc tại Viện Nghiên cứu Vật Liệu và Khoa Học Năng Lượng Stanford (SIMES) đã tăng hiệu quả làm việc của một thiết bị năng mặt trời đột phá hơn 100 lần so với thiết kế trước đó trong vấn đề chuyển đổi quang năng và nhiệt năng của mặt trời thành điện năng.

“Đây là một bước tiến quan trọng trong việc làm cho các thiết bị thực tiễn dựa trên kỹ thuật của chúng tôi để khai thác quang năng và nhiệt năng của ánh sáng mặt trời.” Ông Nicholas Melosh, giáo sư về kỹ thuật và vật liệu khoa học tại Stanford và cũng là một nhà nghiên cứu tại SIMES nói.

Thiết bị mới này được dựa trên quá trình phát xạ nhiệt điện tử photon (PETE) đã được chứng minh lần đầu vào năm 2010 bởi một nhóm do Melosh và đồng nghiệp của ông tại SIMES là Zhi Xun Shen, người cố vấn về khoa học và công nghệ cho SLAC. Trong báo cáo tuần trước trên tạp chí Nature Communications, nhóm đã mô tả lại cách họ cải thiện tính hiệu quả của thiết bị từ nhỏ hơn 1% lên gần 2%, và nói rằng họ hy vọng trong tương lai sẽ tăng gấp 10 lần.

Tế bào quang điện thông thường sử dụng một phần quang phổ mặt trời của các bước song để tạo ra điện nhưng PETE sử dụng một chip bán dẫn đặc biệt để tạo ra điện bằng cách sử dụng toàn bộ quang phổ của ánh sáng mặt trời, bao gồm cả bước sóng để tạo ra nhiệt năng. Trên thực tế, hiệu quả của quá trình nhiệt xạ được cải thiện đáng kể ở nhiệt độ cao, vì vậy thêm PETE để tăng tính quy mô tập trung của các nhà máy điện quang năng như tháp điện đa MW và dự án máng parabol trên sa mạc Mojave, California, có thể làm tăng 50% sản lượng điện. Những hệ thống sử dụng gương để tập trung ánh sáng mặt trời vào những vùng có nhiệt độ cao, có cường độ ánh sáng lớn để đun sôi nước thành hơi nước, sau đó quay máy phát điện.

“Khi được đặt ở nơi tập trung ánh sáng mặt trời, chip PETE sẽ sản xuất điện trực tiếp. Nơi có nhiệt độ càng cao thì lượng điện được sản xuất càng lớn.” Melosh cho biết.

Trung tâm của chip PETE chính là tầng trung gian của hai lớp bán dẫn: một lớp tối ưu hóa để hấp thụ ánh sáng mặt trời và tạo ra các electron tự do tồn tại lâu dài và lớp còn lại được thiết kế để phát ra các electron từ các thiết bị để tạo ra dòng điện. Oxit caesium trên lớp thứ hai để làm sự di chuyển của electron từ chip trở nên dễ dàng. Nghiên cứu trong tương lai là nhằm mục đích làm cho các thiết bị tăng thêm 10 lần hiệu quả bằng cách phát triển các lớp phủ mới hoặc xử lý bề mặt sẽ bảo vệ sự sắp xếp nguyên tử của bề mặt lớp thứ hai ở nhiệt độ cao mà nó sẽ gặp phải trong các nhà máy tập trung điện quang năng.

“Chúng tôi hy vọng rằng các vật liệu khác như những hợp chất bari hoặc stronti sẽ làm cho bề mặt ổn định hơn, có thể chịu được ít nhất là 500 độ C.” Jared Schwede, một sinh viên tốt nghiệp đại học Stanford, người thực hiện nhiều thí nghiệm PETE nói.

Một thách thức khác là phải thiết kế các thiết bị để chịu được mức nhiệt độ là 500 độ trong các nhà máy điện quang năng, vì nhiệt độ của hệ thống sẽ tăng cao khi ban ngày và hạ thấp xuống vào ban đêm.

Thanh Thảo (Theo phys.org)

Chip năng lượng mặt trời hiệu quả hơn 100 lần

Điện khí hóa lò cao tiết kiệm năng lượng trong sản xuất thép

National Energy Efficiency Programme - Ministry of Industry and Trade