Tin Khoa học Công nghệ quốc tế

TĂNG CƯỜNG HIỆU QUẢ CỦA CÁC TẾ BÀO NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THẾ HỆ TIẾP THEO BẰNG CÁCH CHẶN RUNG ĐỘNG ĐỂ LOẠI BỎ NHIỆT

19/11/2020 | 0
Được dẫn dắt bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) và Đại học Tennessee, Knoxville, một nghiên cứu về vật liệu năng lượng mặt trời với một tương lai tươi sáng đã tiết lộ một cách để làm chậm phonon, sóng truyền nhiệt. Khám phá này có thể cải tiến các tế bào năng lượng mặt trời mang điện nóng mới, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng hiệu quả hơn so với pin mặt trời thông thường bằng cách khai thác các hạt mang điện tích được tạo quang trước khi chúng mất năng lượng thành nhiệt

Michael Manley của ORNL cho biết: “Chúng tôi đã chỉ ra rằng vận chuyển nhiệt và thời gian làm mát chất mang điện tích có thể được điều khiển bằng cách thay đổi khối lượng nguyên tử hydro trong vật liệu quang điện. Lộ trình kéo dài tuổi thọ của các vật mang điện tích này cung cấp các chiến lược mới để đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng kỷ lục trong các pin mặt trời mang điện nóng mới.”

Các chuyên gia về tổng hợp vật liệu, tán xạ neutron, quang phổ laze và lý thuyết vật chất ngưng tụ đã phát hiện ra cách ngăn chặn sự làm mát điện tích lãng phí bằng cách hoán đổi đồng vị nhẹ hơn cho đồng vị nặng hơn trong perovskite kim loại.

Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào pin mặt trời, các photon tạo ra các hạt mang điện - điện tử và lỗ trống - trong một vật liệu hấp thụ. Pin mặt trời mang điện tích nóng nhanh chóng chuyển đổi năng lượng của các vật mang điện thành điện năng trước khi nó bị mất đi dưới dạng nhiệt thải. Ngăn thất thoát nhiệt là một thách thức lớn đối với các loại pin mặt trời này, loại pin này có tiềm năng hiệu quả gấp đôi so với pin mặt trời thông thường. Hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời perovskite thông thường đã cải thiện từ 3% trong năm 2009 lên hơn 25% vào năm 2020.

Hermann nói: “Về cơ bản, chúng tôi làm chậm tốc độ các phân tử có thể lắc lư, tương tự như làm chậm vận động viên trượt băng đang quay bằng cách đặt trọng lượng vào tay cô ấy,” Hermann nói.

Để thực hiện điều đó trong một mạng tinh thể nguyên tử có trật tự, Ahmadi và ORNL’s Kunlun Hong đã tổng hợp các tinh thể của metylamoni chì. Họ đã thay thế một đồng vị nhẹ hơn của hydro, thường là protium, không có neutron, bằng một đồng vị nặng hơn, deuterium, có một neutron, trong phân tử hữu cơ trung tâm của perovskite, methylammonium, hoặc MA. Đồng vị là những nguyên tử giống hệt nhau về mặt hóa học, chỉ khác nhau về khối lượng do sự khác biệt về số nơtron.

Tiếp theo, Manley và Hermann đã tiến hành các thí nghiệm tán xạ neutron ba trục để lập bản đồ sự phân tán phonon trong các tinh thể proton và deute. Các kết quả tổng hợp chỉ ra rằng các chế độ âm thanh theo chiều dọc với bước sóng ngắn truyền chậm hơn trong mẫu đã khử tín hiệu, cho thấy độ dẫn nhiệt có thể bị giảm.

Hsin Wang của ORNL đã thực hiện phép đo độ khuếch tán nhiệt để khảo sát cách nhiệt di chuyển trong các tinh thể. Manley nói: “Những phép đo đó cho chúng tôi biết rằng việc khử cặn làm giảm độ dẫn nhiệt vốn đã thấp xuống 50%. “Sau đó, chúng tôi nhận ra rằng có thể phát hiện này ảnh hưởng đến những thứ mà các nhà chế tạo thiết bị năng lượng mặt trời quan tâm - cụ thể là giữ nóng các hạt mang điện”.

Nghiên cứu đã cung cấp những hiểu biết chưa từng có về ảnh hưởng của sự gia tăng khối lượng nguyên tử đối với sự truyền nhiệt.

Nguồn dịch và biên tập: https://scitechdaily.com/boosting-efficiency-of-next-gen-solar-cells-by-blocking-vibrations-that-remove-heat/