Bài viết Nâng cao hiệu suất module pin quang điện cho buồng thu năng lượng của máy sấy nông sản dùng năng lượng mặt trời nhờ lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc – TiO2 trình bày các module pin mặt trời cấu trúc 04 lớp ITO/PEDOT + nc –TiO2 /MEH-PPV//Al được trình bày chi tiết. Lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc –TiO2 có tác dụng tăng hiệu suất truyền lỗ trống về các điện cực dương của pin, nhằm làm tăng dòng quang điện cho mạch ngoài.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 NÂNG CAO HIỆU SUẤT MODULE PIN QUANG ĐIỆN CHO BUỒNG THU NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY SẤY NÔNG SẢN DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NHỜ LỚP TRUYỀN LỖ TRỐNG PEDOT + nc – TiO2 Trần Thị Chung Thuỷ Bộ môn Vật lý - Trường Đại học Thuỷ lợi, email: tranchungthuy@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Máy sấy nông sản dùng lượng mặt trời ứng dụng phổ biến hiệu nguồn lượng mặt trời vô tận quý giá Các kết chế tạo, nghiên cứu khảo sát hoạt động máy sấy nông sản dùng lượng mặt trời, buồng thu lượng mặt trời có nhiệm vụ thu nhận chuyển đổi lượng mặt trời thành nhiệt báo cáo [2] Sau đó, máy sấy cải tiến nhờ sử dụng thu lượng mặt trời có khả kháng khuẩn, tự làm nhờ có lớp màng nano TiO2 [3] Hiệu suất làm việc máy tiếp tục cải thiện nhờ phương án tích hợp đồng thời chế chuyển đổi lượng mặt trời thành nhiệt (hiệu ứng nhà kính) điện (hiệu ứng quang điện) [4] Thế hệ máy sấy bổ sung thêm module pin mặt trời hữu nhằm chuyển đổi lượng mặt trời (quang năng) thành điện để làm quay hệ thống quạt, hỗ trợ q trình sấy khơ nhanh hiệu Do vậy, thu lượng buồng thu khơng kính có diện tích tính tốn phù hợp với khối lượng nơng sản cần sấy để chuyển đổi lượng mặt trời thành nhiệt, mà cịn có pin quang điện lắp đặt xen kẽ (hình 1) Hiệu suất chuyển đổi lượng module pin quang điện phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế tạo, cấu trúc pin Module pin mặt trời có kích thước mm x 2,5 mm x 0,003 mm, cấu trúc lớp ITO/MEH-PPV/Al, có điện áp ngưỡng hoạt động 2,25 V, mật độ dòng điện đạt giá trị mA/cm2 [4] Với kết này, cần đến 1500 module pin có cấu trúc nêu để quay quạt có thơng số kỹ thuật 50W-0,3 A, tương đương với panel pin mặt trời có diện tích 0,75 m2 Hình Mơ hình máy sấy nơng sản dùng lượng mặt trời, có buồng thu lượng tích hợp việc thu nhận chuyển đổi lượng mặt trời thành nhiệt điện [3] Một vấn đề đặt diện tích panel lớn khối lượng nông sản cần sấy lớn Điều làm cho kích thước khối lượng máy sấy cồng kềnh Bởi vậy, cấu trúc module pin quang điện tiếp tục cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất chuyển đổi lượng mặt trời thành điện Thêm lớp chức truyền lỗ trống điện tử để tạo pin mặt trời có cấu trúc đa lớp thay cho pin mặt trời cấu trúc đơn lớp giải pháp hiệu nhằm tăng hiệu suất chuyển đổi quang thành điện 491 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Trong báo cáo này, module pin mặt trời cấu trúc 04 lớp ITO/PEDOT + nc –TiO2 /MEH-PPV//Al trình bày chi tiết Lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc –TiO2 có tác dụng tăng hiệu suất truyền lỗ trống điện cực dương pin, nhằm làm tăng dòng quang điện cho mạch ngồi Hình Ảnh AFM lớp truyền lỗ trống PEDOT tổ hợp PEDOT + nc - TiO2 (30% wt) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Lớp nhạy quang module pin mặt trời chế tạo công nghệ quay phủ li tâm dung dịch gồm mg polymer MEH-PPV + ml dung môi xylene Tốc độ quay phủ màng 1500 vòng/phút Lớp truyền lỗ trống chế tạo từ tổ hợp PEDOT hạt nanơ TiO2 có kích thước hạt trung bình nm Bột nanơ TiO2 hịa trộn vào dung dịch PEDOT-PSS, tỷ lệ phần trăm khối lượng TiO2 hỗn hợp 30% (30% wt) Dung dịch khuấy máy khuấy từ rung siêu âm để phân tán hạt nanô TiO2 Các lớp màng chức pin xử lý khô chân không điều kiện áp suất 1,5 MPa Các điện cực dương (ITO) điện cực âm (Al) bốc bay nhiệt điều kiện chân không cao, cỡ 10-5 torr Các module pin mặt trời chế tạo với kích thước mm x 2,5 mm x 0,003 mm, gồm bốn lớp màng ITO/PEDOT + nc- TiO2 / MEH-PPV/Al đế thuỷ tinh Cấu trúc hình thái học lớp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (FESEM), độ truyền qua màng truyền lỗ trống khảo sát phổ hấp thụ, chiều dày màng khảo sát phép đo hệ Anpha – Step IQ Profiler Hiệu suất hoạt động pin khảo sát phép đo đặc trưng dịng (J-V) Hình phổ truyền qua màng PEDOT tổ hợp với nc - TiO2 Kết cho thấy màng có độ truyền qua cao vùng khả kiến, khoảng 75 đến 85%, không ảnh hưởng tới độ suốt anot ITO, yếu tố quan trọng anot pin mặt trời Hình Phổ truyền qua lớp truyền lỗ trống PEDOT (a) tổ hợp PEDOT + nc - TiO2 (30% wt) (b) Trên hình phổ tán xạ Raman màng PEDOT khiết tổ hợp PEDOT + ncTiO2 (30 wt.%) Các đỉnh phổ ứng với số sóng đặc trưng cho PEDOT khiết không bị thay đổi mẫu tổ hợp Kết cho thấy tổ hợp không làm thay đổi cấu trúc hóa học PEDOT Sự liên kết học với xuất biên tiếp xúc dị thể KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU PEDOT/TiO2 cấu trúc nanô yếu tố quan Kết chụp ảnh AFM (hình 2) cho thấy trọng làm giảm xác suất bị bắt giữ bẫy màng tổ hợp, hạt đám hạt nanơ điện tích tự do, đồng nghĩa với việc TiO2 phân tán khắp bề mặt lớp tăng xác suất chuyển dời điện tích polymer PEDOT, với kích thước ước điện cực (tăng dịng quang điện tính từ vài đến vài chục nanomét, hạt có kích mạch ngồi) thước lớn cỡ 50 nm 492 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Hình Đặc trưng mật độ dòng - (J-V) module pin mặt trời 04 lớp Hình Phổ tán xạ Raman lớp truyền lỗ trống PEDOT tổ hợp PEDOT + nc - TiO2 (30% wt) Chiều dày màng khống chế tốc độ quay phủ chế độ xử lý khô hợp lý để đạt cỡ 100 nm (hình 5), phù hợp với yêu cầu lớp truyền lỗ trống KẾT LUẬN Đã chế tạo module pin mặt trời có kích thước mm x 2,5 mm x 0,003 mm, cấu trúc lớp ITO/PEDOT + nc – TiO2 /MEH-PPV/Al, có điện áp ngưỡng hoạt động 1,25 V, mật độ dòng điện đạt giá trị 10 mA/cm2 , tương ứng với hiệu suất chuyển đổi quang điện 7% TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Chiều dày lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc – TiO2 (30%.wt) Kết khảo sát đặc trưng mật độ dịng (J-V) (hình 5) cho thấy linh kiện 04 lớp có điện ngưỡng hoạt động 1,25 V, với mật độ dòng đạt giá trị 10 mA/cm2 , tương ứng với hiệu suất quang điện 7% Trong đó, linh kiện 03 lớp có điện ngưỡng điện áp ngưỡng hoạt động 2,25 V, mật độ dòng điện đạt giá trị mA/cm2 , tương ứng với hiệu suất quang điện 5% [4] Kết cho thấy linh kiện 04 lớp có hiệu suất cao linh kiện 03 lớp, hứa hẹn có triển vọng ứng dụng tiếp tục cải tiến nghiên cứu [1] C.L Hii, S.V Jangam, S.P Ong and A.S.Mujmdar 2012 “Solar Drying: Fundamentals, Applications and Innovations”, ISBN: 978-981-07-3336-0 [2] Trần Chung Thủy 2015 “Tính tốn diện tích hấp thụ lượng cho buồng hấp thụ nhiệt máy sấy nông sản dùng lượng Mặt trời”, Tuyển tập báo cáo HNKH Trường Đại học Thủy lợi [3] Trần Chung Thủy 2016 “Chế tạo máy sấy nông sản mini dùng lượng Mặt trời”, Tuyển tập báo cáo HNKH Trường Đại học Thủy lợi [4] Trần Chung Thủy 2017 “Nghiên cứu chế tạo khảo sát hoạt động module pin quang điện cho buồng thu lượng máy sấy nông sản mini dùng lượng Mặt trời”, Tuyển tập báo cáo HNKH Trường Đại học Thủy lợi 493 ... này, module pin mặt trời cấu trúc 04 lớp ITO /PEDOT + nc ? ?TiO2 /MEH-PPV//Al trình bày chi tiết Lớp truyền lỗ trống PEDOT + nc ? ?TiO2 có tác dụng tăng hiệu suất truyền lỗ trống điện cực dương pin, ... thụ lượng cho buồng hấp thụ nhiệt máy sấy nông sản dùng lượng Mặt trời? ??, Tuyển tập báo cáo HNKH Trường Đại học Thủy lợi [3] Trần Chung Thủy 2016 “Chế tạo máy sấy nông sản mini dùng lượng Mặt trời? ??,... quan trọng anot pin mặt trời Hình Phổ truyền qua lớp truyền lỗ trống PEDOT (a) tổ hợp PEDOT + nc - TiO2 (30% wt) (b) Trên hình phổ tán xạ Raman màng PEDOT khiết tổ hợp PEDOT + ncTiO2 (30 wt.%)