Pin mặt trời lá cây lai chấm lượng tử đã nâng cao đáng kể hiệu suất chuyển ánh sáng mặt trời.
Trong thế kỷ 21, vấn đề năng lượng sẽ trở thành mối quan tâm hàng đầu trên thế giới do các nguồn năng lượng tự nhiên như dầu mỏ, than đá ngày càng cạn kiệt. Điều này đã thúc đẩy sự phát triển các nguồn năng lượng có khả năng tái tạo như dùng sức gió hay sử dụng năng lượng mặt trời. Hiện nay, trên thế giới, việc sử dụng năng lượng mặt trời đang được tập trung nghiên cứu trên nhiều hướng công nghệ khác nhau như sử dụng nhiệt trực tiếp đốt nóng, sử dụng năng lượng cho xúc tác quang, chuyển hóa sang năng lượng điện…Trong những năm gần đây, việc sử dụng năng lượng mặt trời mô phỏng theo thiên nhiên được tập trung nghiên cứu và có nhiều phát minh quan trọng. Gần đây, các nhà khoa học Viện Công nghệ Massashusetts – MIT – Hoa Kỳ đã có những nghiên cứu về lá cây phát điện từ, lá cây hút CO2 ...
Gọi là "lá cây" bởi vì pin mặt trời mới này được chế tạo dựa theo nguyên tắc quang hợp của lá cây tự nhiên. Trong thiên nhiên, khi lá cây hấp thụ ánh sáng, chất diệp lục trong lá cây cũng phát sinh ra cặp điện tử và lỗ trống.
Quá trình quang hợp này đã biến nước và thành đường glucose và giải phóng oxy.
Trong môi trường điện ly là nước, nước đã chuyển điện tử cho chất diệp lục tạo thành proton (H+) và giải phóng oxy. Phản ứng hóa học tiếp theo giữa proton với CO2 tạo thành glucose cho cây xanh. Phản ứng này vừa thụ lại lượng CO2 do các nhà máy thải ra vừa cung cấp lượng oxy cho động vật giúp cân bằng sinh thái.
Bằng cách mô phỏng quá trình quang hợp của chất diệp lục, các nhà khoa học Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã sử dụng chất diệp lục để làm chất màu nhạy sáng sử dụng trong pin mặt trời lá cây. Thay cho màng lọc sinh học, chất màng bán dẫn nano chuyển điện tử được sử dụng. Chất điện ly hữu cơ có khả năng bù điện tử cho chất màu trở thành ion dương ở điện cực.
Cấu tạo Pin mặt trời lá cây bao gồm màng bảo vệ polyme trong suốt ở hai mặt bên trong là hai điện cực nano titandioxit và platin, khoang giữa là chất mầu diệp lục với chất điện ly. Chất mầu diệp lục chlorophyll được chiết tách từ lá cây rau muống, một loại rau có rất nhiều ở nước ta và cho chất diệp lục có chất lượng tốt. Đặc biệt chất diệp lục này bền vững hơn khi thay thế nhân kim loại manhe trong chlorophyll bằng kim loại đồng. Mỗi pin lá cây có diện tích một milimet vuông, nếu tạo tổ hợp bằng lá rau có thể tạo 100 - 200 pin có công suất điện bằng 4 pin con thỏ.
Tuy nhiên, để nâng cao hiệu suất chuyển năng lượng mặt trời và kéo dài thời gian sử dụng của pin, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp chất mầu hữu cơ có cấu trúc tương tự như chất diệp lục, chất này được gọi là chất mầu nhạy quang phức ruthenium (II). Sử dụng chất mầu mô phỏng diệp lục đã nâng hiệu suất chuyển hóa năng lượng mặt trời lên trên 10%, và thời gian sử dụng khoảng 10 năm. |