Trang chủ Sống bằng sáng tạo Khoa học công nghệ Top Ý Tưởng Sáng Tạo Việt Nam 2023 - Vật liệu làm...

Top Ý Tưởng Sáng Tạo Việt Nam 2023 – Vật liệu làm pin Mặt trời giá rẻ hiệu suất cao của nhà khoa học Việt

Oxit đồng I (Cu2O) được biết đến như là một loại vật liệu bán dẫn lâu đời nhất, và cũng được coi là tiềm năng cho ứng dụng của pin Mặt trời.
PGS.TS Nguyễn Trần Thuật (bên phải).

PGS.TS Nguyễn Trần Thuật (bên phải).

PGS.TS Nguyễn Trần Thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã vừa chế tạo thành công loại vật liệu mới làm pin Mặt trời với chi phí thấp, hiệu suất cao.

Chế tạo pin Mặt trời với chi phí thấp

Oxit đồng I (Cu2O) được biết đến như là một loại vật liệu bán dẫn lâu đời nhất, và cũng được coi là tiềm năng cho ứng dụng của pin Mặt trời. Đây là vật liệu không độc hại, hấp thụ tốt trong vùng bức xạ khả kiến và hồng ngoại gần.

Đồng còn là nguyên tố dồi dào trên Trái đất và chi phí vật liệu thấp. Tuy nhiên, cho đến hiện tại, có khá ít công bố khoa học về pin Mặt trời dựa trên Cu2O.

PGS.TS Nguyễn Trần Thuật cho biết, gần đây, pin Mặt trời dựa trên tiếp giáp dị thể loại p Cu2O và loại n ZnO (Oxit kẽm) với hiệu suất chuyển đổi năng lượng tương đối thấp, mặc dù hiệu suất lý thuyết cho vật liệu loại này vào khoảng 18%.

Một khía cạnh hấp dẫn khác của Cu2O là khả năng kết hợp với các oxit khác để tạo thành hợp chất oxit cấu trúc delafossite dẫn điện loại p trong suốt. Các ứng dụng của CuFeO2 cấu trúc delafossite dẫn điện loại p khá giới hạn, lý do là việc tổng hợp ra cấu trúc delafossite khá khó khăn. Cũng vì lý do khác như CuFeO2 thích hợp làm màng dẫn điện trong suốt (TCO) hơn là lớp hấp thụ trong pin Mặt trời.

Ngay cả khi vật liệu CuFeO2 cấu trúc delafossite dẫn điện loại p được tổng hợp thành công, chúng ta vẫn phải kết hợp với một loại màng mỏng dẫn điện loại n khác để thu được lớp tiếp giáp pn mong muốn cho pin Mặt trời.

Trong nghiên cứu của PGS. TS Nguyễn Trần Thuật, lớp dẫn điện loại n được sử dụng kết hợp có luôn khả năng truyền qua cao, đó là oxit kẽm pha tạp nhôm (ZnO:Al hay AZO).

Hiện nay trên thế giới, oxit dẫn điện trong suốt chủ yếu là các hợp kim đôi hoặc ba trong đó có một hoặc hai kim loại được sử dụng như vật liệu chính.

Màng mỏng trong suốt dẫn điện ngày nay đóng vai tro quan trọng trong ứng dụng quang điện tử, có thể kể đến như: Điện cực trong suốt dẫn điện cho pin Mặt trời, điện cực trong suốt cho màn hình hiện thị phẳng, cửa sổ thông minh phản xạ nhiệt, transistor màng mỏng trong suốt và điốt phát quang.

AZO có điện trơ suất tương đối thấp, trong khoảng 10-3Ôm.cm đồng thời nguồn nguyên liệu chế tạo re và không độc hại.

Một số kỹ thuật phủ màng đã được TS Thuật sử dụng để chế tạo màng mỏng AZO như lăng đọng pha hơi hóa học, phun nhiệt phân, lắng đọng xung laser (PLD), phún xạ xung magnetron và phún xạ magnetron thông thường.

Theo PGS.TS Nguyễn Trần Thuật, so sánh với những kỹ thuật khác, phương pháp phún xạ magnetron thông thường đã cho thấy nhiều ưu điểm như bề mặt màng có diện tính băng phẳng lớp và tốc độ lăng đọng màng tương đối cao. Hơn thế nữa, màng AZO có thể chế tạo trên đế deo và đế polymer sử dụng cho ứng dụng pin Mặt trời.

Với tên đề tài “Nghiên cứu chế tạo màng mỏng dạng Delafossite CuFeO2 bằng phuơng pháp phún xạ nhằm ứng dụng chế tạo pin năng lượng Mặt trời”, anh mong muốn chế tạo được pin Mặt trời dựa trên các chất có rất nhiều và rẻ tiền như đồng, sắt và kẽm trên đế kính.

“Hai oxit của đồng và sắt khi kết hợp với nhau sẽ tạo ra bán dẫn loại p cấu trúc dạng lớp Delafossite, trong khi đó oxit của kẽm pha tạp với nhôm sẽ tạo ra bán dẫn loại n. Và khi hai loại bán dẫn này chồng lên nhau sẽ tạo ra pin Mặt trời, có khả năng chế tạo diện tích lớn trên đế kính hoặc đế kim loại với chi phí rất thấp”, PGS.TS Nguyễn Trần Thuật cho biết.

Sáng tạo tăng hiệu suất cho pin Mặt trời

Sản phẩm pin Mặt trời màng mỏng hiệu suất cao.

Sản phẩm pin Mặt trời màng mỏng hiệu suất cao.

Chia sẻ về những công việc hàng ngày của nhà khoa học trẻ, PGS.TS Nguyễn Trần Thuật cho rằng, “đối với nghiên cứu khoa học hãy mạnh dạn thử sức, dám nghĩ dám làm rồi chắc chắn bạn sẽ thấy được nhiều điều thú vị trong nghiên cứu. Với tôi, nghiên cứu và định hướng nghiên cứu là công việc có nhiều tính sáng tạo, có thể không nhất thiết định hướng thế nào thì ta sẽ tới đích như vậy”.

Dự định là như vậy, tuy nhiên, khi thực hiện chế tạo pin Mặt trời, các nhà khoa học gặp nhiều khó khăn. Khó khăn đầu tiên là việc thiết lập quy trình chế tạo vì khi đó cơ sở vật chất và máy móc mới xong, nhóm nghiên cứu phải làm từ trạng thái nguyên thủy nhất.

Tiếp theo mới là khó khăn về mặt chuyên môn. Là nhà khoa học có nhiều kinh nghiệm chế tạo pin Mặt trời trên phiến silic và màng mỏng silic từ trước, nhưng khi chuyển sang bán dẫn oxit thì vẫn phải nghiên cứu lại từ đầu.

Để tăng hiệu suất cho pin Mặt trời, PGS.TS Nguyễn Trần Thuật đưa thêm một ý tưởng nhỏ, tạo một lớp đệm bán dẫn loại p nữa giữa lớp bán dẫn hợp chất oxit đồng nhôm với điện cực kim loại.

Lớp đệm này có vai trò là lớp chặn khiến chỉ một loại hạt tải điện đi qua, khuyến khích việc phân ly hạt tải và tăng đuợc hiệu suất của pin Mặt trời. Mặc dù chưa thể đi đến quy trình công nghệ chế tạo pin Mặt trời ổn định với quy mô lớn, nhưng những nghiên cứu tiếp theo của vật liệu hợp chất oxit Delafossite lại đem đến nhiều hướng phát triển hơn, đặc biệt là tính chất nhiệt điện trở của loại vật liệu này.

Để làm pin Mặt trời màng mỏng, khó khăn là các hệ thống máy móc hiện có chưa đáp ứng hoàn toàn đòi hỏi kỹ thuật, đặc biệt là cần phải chế tạo các màng mỏng bán dẫn khác nhau mà không đượ̣c đưa ra khỏi môi truờng chân không.

Do đó, mong muốn cao nhất của PGS.TS Nguyễn Trần Thuật là có thể kết hợp được với những đối tác có sẵn cơ sở vật chất để thực hiện tiếp, hoặc chuyển giao công nghệ, lập phương án chuyển nhượng sở hữu trí tuệ cho các đối tác muốn nhận.

Nếu được áp dụng thành công tại quy mô chế tạo công nghiệp, nghiên cứu này cho phép chế tạo pin Mặt trời trên đế kính hoặc đế kim loại với diện tích lớn (ví dụ với khổ từ 2m2 đến 4m2).

Nhờ sử dụng những kim loại rẻ tiền như đồng, sắt, có thể thay thế bởi các kim loại hóa trị 3 khác như nhôm, kẽm, chi phí nguyên liệu thô gần như bằng 0. Khi đó chi phí để tạo ra thành phẩm chỉ là chi phí quy trình, ví dụ như khấu hao tài sản các máy móc chân không sử dụng hay điện nuớc và nhân lực vận hành.

So với các loại pin Mặt trời màng mỏng khác như silic vô định hình thì pin Mặt trời đề cập trong giải pháp hữu ích sử dụng nguồn nguyên vật liệu rẻ hơn, còn so với các pin Mặt trời dạng CIGS, CdTe thì chúng lại không dùng các nguyên tố độc hại và đắt tiền. Như vậy khi so sánh trong các truờng hợp thì pin Mặt trời trong giải pháp hữu ích đều có lợi thế cạnh tranh riêng cho việc ứng dụng thực tiễn.

Theo Giáo Dục Thời Đại

CÁC TIN KHÁC

Sản phẩm hỗ trợ tăng trí nhớ từ dược liệu quý sẵn có

Cao dược liệu hương nhu tía và rau sam đắng là thành phần chính của sản phẩm hỗ trợ tăng cường trí nhớ, bảo vệ sức khỏe.

Công nghệ giúp gia tăng giá trị cho củ gừng

Đối với gừng, việc sử dụng công nghệ chiết xuất CO2 lỏng sẽ giúp thu được những thành phần hoạt chất chất lượng cao, có hoạt tính sinh học quý.

Tiến sĩ chế tạo thiết bị thăm dò hiệu suất chip thế hệ mới

TS Lê Xuân Lực, 34 tuổi, cùng cộng sự phát triển thành công đầu dò loại nhiều chân cho phép tiếp xúc nhiều điểm có thể đo hiệu suất chip chính xác hơn.

Sáng chế mới trong bảo quản hạt cà phê

Với mong muốn ứng dụng các công nghệ tiên tiến giải quyết công đoạn làm khô hạt giống khi gặp tình trạng mưa dài ngày, giúp cho việc sản xuất hạt giống cà phê được nhanh chóng, kịp thời, tăng hiệu quả kinh doanh của đơn vị sản xuất, ThS Phạm Văn Thao (Viện Khoa học kỹ thuật nông lâm nghiệp Tây Nguyên) cùng cộng sự đã nghiên cứu, hoàn thiện công trình khoa học 'Ứng dụng công nghệ sấy nhiệt độ, ẩm độ thấp và giải pháp kiểm soát ẩm độ, nhiệt độ kho để bảo quản hạt giống cà phê trong thời gian dài'.

Mỹ phát triển robot lặn biển phục vụ cứu hộ, khảo sát và giám sát dưới nước

Công ty Greensea IQ (Mỹ) vừa cho ra mắt loại robot thông minh chuyên hoạt động trong những môi trường biển nhiều thách thức.

Gạo lai thịt bò có thể giải quyết khủng hoảng lương thực

Các nhà khoa học ở Đại học Yonsei, Seoul, phát triển loại thức ăn bền vững mới là gạo lai thịt bò, giúp giải quyết khủng hoảng lương thực và biến đổi khí hậu.

Bài viết nổi bật

Đại học Sư phạm TP.HCM ‘bắt tay’ doanh nghiệp công nghệ Việt thúc đẩy chuyển đổi số

Theo hợp tác mới ký kết với Viettel Solutions, Đại học Sư phạm TP.HCM sẽ cùng doanh nghiệp này xây dựng các giải pháp công nghệ trong giáo dục tập trung vào 4 nội dung chính.

Nhóm sinh viên trường ĐH Ngoại thương giành giải ‘Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng’

Ngày 12/6, tại Học viện Tài chính diễn ra Chung khảo Hội thi khoa học sinh viên toàn quốc 'Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng' lần thứ VII, năm 2022. Ban Giám khảo đã chọn ra nhóm sinh viên ĐH Ngoại thương TP. Hồ Chí Minh giành giải Đặc biệt.

Bài viết mới nhất

TOP 100 Hồng bảo Kỷ lục Thế giới tại Việt Nam (P.25) Tháp Nhạn (Phú Yên): Chứng tích cổ ngàn tuổi kết nối quá khứ và hiện tại – [VIETKINGS-TOPPLUS đề cử]

(kyluc.vn) Trải qua cả ngàn năm lịch sử, bất chấp thăng trầm thời gian, Tháp Nhạn vẫn sừng sững trên sườn núi Nhạn, tiếp tục kể câu chuyện về Bà Thiên Y A Na, về hành trình khai phá và phát triển mảnh đất Phú Yên của người Chăm cũng như người Việt.

Bí ẩn những người có “trí nhớ siêu phàm”, thế giới chỉ 100-200 người

Chỉ cần nhắc một ngày bất kỳ trong quá khứ, người có trí nhớ siêu phàm kể lại được những gì đã xảy ra hôm ấy.

Tạo ra loại “keo” mới giúp bịt kín màng não sau phẫu thuật

Một nhóm các bác sĩ phẫu thuật thần kinh học và kỹ sư sinh học Mỹ đã chế tạo ra loại "keo" đặc biệt dùng cho các ca phẫu thuật mở màng não.

Nghiên cứu tiết lộ sự thực thú vị về tuổi thọ tối đa của con người

Dù tuổi thọ của con người vẫn đang tăng nhưng không có nghĩa là không có giới hạn, các chuyên gia nhận định những người sống trên 115 tuổi hiện vẫn còn hiếm.

Cáp treo Nữ Hoàng (Quảng Ninh) – TOP 5 tuyến cáp treo hiện đại của Việt Nam thu hút nhiều khách du lịch (P.2) – [VIETKINGS-TOPPLUS – Hành trình TOP Việt Nam]

(kyluc.vn) Cáp treo Nữ hoàng băng qua cửa ngõ Vịnh Cửa Lục, nối liền từ bờ biển Bãi Cháy tới núi Ba Đèo (Hòn Gai - Thành phố Hạ Long). Với sự độc đáo, nơi đây đã trở thành điểm đến không thể bỏ lỡ tại Quảng Ninh.

TOP 100 Hồng bảo Kỷ lục Thế giới tại Việt Nam (P.24) Chợ Bình Tây (Thành phố Hồ Chí Minh): Ngôi chợ cổ giữa lòng Chợ Lớn – [VIETKINGS-TOPPLUS đề cử]

(kyluc.vn) Chợ Bình Tây (còn được gọi là Chợ Lớn, Chợ Lớn Mới) với lối kiến trúc cổ, mang đậm phong cách Á Đông, được thành lập trong những năm đầu tiên hình thành vùng đất Sài Gòn xưa. Nơi đây là điểm buôn bán, giao thương quan trọng giữa Tp. Hồ Chí Minh và các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, cũng như với một số nước trong khu vực như Campuchia, Lào, Thái Lan…