GS-TS Nguyễn Đức Nghĩa, Viện Hóa học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam), vừa cho biết đã bước đầu chế tạo thành công pin mặt trời hữu cơ Dye - Sensitized Solar Cell (DSSC) có hiệu suất chuyển hóa năng lượng cao, mở ra những hy vọng mới cho việc sử dụng năng lượng tái tạo thay thế dần những nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt.

Bước đầu thử nghiệm thành công

Pin mặt trời hữu cơ DSSC được tạo ra theo cách thức sau: Ánh sáng mặt trời đi qua tấm kính, qua lớp điện cực trong suốt, chiếu vào chất màu nhạy sáng. Sau đó xảy ra cơ chế photon kích thích làm cho electron nhảy lên, đến điện cực trong suốt rồi qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại, tạo ra dòng điện. Chất màu nhạy sáng là thành phần quan trọng làm cho ánh sáng thuộc nhiều bước sóng trong phổ ánh sáng mặt trời dễ dàng bị hấp thu để kích thích làm thoát điện tử, tạo ra dòng điện. Chất màu nhạy sáng càng tốt khả năng tạo ra điện năng càng cao.

Mục tiêu của các nhà khoa học Việt Nam trong việc chế tạo pin mặt trời hữu cơ DSSC là tạo chất màu cấu trúc nano cảm ứng ánh sáng ở bước sóng rộng 400 mm – 700 mm từ chất màu diệp lục lá cây. GS-TS Nguyễn Đức Nghĩa cho biết công trình đã thành công trong thử nghiệm bước đầu chế tạo pin mặt trời DSSC mô phỏng sinh học bằng việc sử dụng màu diệp lục chlorophill có trong lá cây rau muống làm chất màu nhạy sáng. Ngoài giá trị sáng chế này, công trình còn đặt mục tiêu chế tạo màng mỏng nano chuyển dẫn điện tử trên cơ sở màng mỏng nano titan diocide và titan diocide kim loại có cấu trúc nano mao mỏng.

Hiệu suất chuyển hóa năng lượng cao

Theo phân tích của GS-TS Nguyễn Đức Nghĩa, do cây rau muống có số lượng chất diệp lục lớn, tinh chất, dễ chiết xuất (chỉ cần nghiền nát lấy nước và đưa vào máy chiết xuất) lại rất phổ biến nên được chọn để lấy chất diệp lục. Hiện chúng ta cũng đã có sẵn một lượng lớn tinh chất diệp lục được chiết xuất sẵn từ cây rau muống để sử dụng trong khoa học nên có thể sử dụng ngay.

Khi sử dụng để chế tạo pin DSSC, chất màu nhạy sáng trong rau muống  cho hiệu suất chuyển hóa năng lượng đạt 2% - 5%, có lúc đạt mức cao nhất là 6,1% (mức cao nhất trên thế giới từng đạt được là 11%). Từ đây, cho phép tạo ra  pin mặt trời dạng DSSC có hiệu suất chuyển hóa năng lượng tốt và thời gian sống dài. Qua thử nghiệm, pin mặt trời hữu cơ DSSC hoạt động tốt khi nắng yếu, kể cả với ánh sáng trong nhà.

Đề tài nghiên cứu chế tạo pin mặt trời hữu cơ DSSC vừa được Hội đồng Nghiệm thu Khoa học Quốc gia chính thức nghiệm thu vào ngày 8-4 tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. GS-VS Nguyễn Văn Hiệu, Chủ tịch Hội đồng Nghiệm thu, cho biết ông rất vui mừng trước những nghiên cứu thiết thực và vượt trội như vậy và cần nhanh chóng đưa vào ứng dụng.

Giá rẻ và ít tác động đến môi trường

Kết quả nghiên cứu về pin mặt trời hữu cơ DSSC cho phép chúng ta sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời giá rẻ, hiệu suất cao, bảo vệ môi trường và bổ sung một lượng điện năng không nhỏ cho ngành điện khi đưa vào sử dụng rộng rãi. Pin mặt trời hiện có trên thị trường được chế tạo từ các vật liệu vô cơ như silicon.

Khác với silicon tinh thể cần được sản xuất ở nhiệt độ rất cao, pin hữu cơ có thể được sản xuất dễ dàng, giá rẻ và ít tác động đến môi trường. Do thích hợp với các chất nền dẻo nên loại pin này có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng như sạc pin điện thoại và máy tính xách tay, làm màn hình dẻo...