1.4 Ứng dụng của chấm lượng tử
1.4.2 Pin quang hóa (Pin mặt trời)
Với tình trạng giá cả nhiên liệu ngày một tăng và nỗi lo lắng về sự ấm dần lên của trái đất như hiện nay thì pin mặt trời có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng và khả năng ứng dụng của các chấm lượng tử trong biến đổi năng lượng mặt trời là rất lớn. Sự thật là các thiết bị biến đổi năng lượng mặt trời chế tạo từ chấm lượng tử đã và đang được rất nhiều tổ chức khoa học nghiên cứu và phát triển [18]. Cũng dễ hiểu rằng, các chấm lượng tử bán dẫn có cơ sở vững chắc để có thể chế tạo ra những lớp màng mỏng làm pin mặt trời. Và việc chế tạo pin mặt trời đòi hỏi hỏi khả năng biến đổi, giữ và phân ly điện tích, để có thể mang lại lợi ích lớn nhất từ chấm lượng tử. Chấm
lượng tử được ứng dụng nhiều trong việc nâng cao hiệu suất chuyển hóa của các tấm pin mặt trời.
Hình 1.20 Ứng dụng của chấm lượng tử trong việc nâng cao hiệu suất chuyển hóa năng lượng pin mặt trời.
Các nhà nghiên cứu của trường đại học Minnesota và Texas đã tạo ra được các tinh thể nano có nền là các chất bán dẫn cho phép tránh được sự rò rỉ electron mang nhiều năng lượng. Các tế bào quang điện được làm từ các vật liệu bán dẫn do chúng có những đặc tính riêng. Khi một photon có bước sóng tốt sẽ gặp một proton tương tự, proton này giải phóng một electron và với nhiều electron như vậy được giải phóng sẽ là nguồn gốc của dòng điện. Tuy nhiên số lượng các electron được giải phóng này lại tiêu hao dưới dạng nhiệt thay vì tham gia vào dòng điện chung. Công trình của các nhà nghiên cứu trên đã chỉ ra rằng các tinh thể nano có cơ sở là các vật liệu bán dẫn có thể “làm chậm” các electron “quá nóng” hay electron mang năng lượng. Các tinh thể nano được gọi là các “chấm lượng tử” (quantum dots), có khả năng tăng hiệu quả của các tế bào quang điện. Các kết quả nghiên cứu thực tế đã chứng tỏ điều đó. Ngoài việc hấp thu các electron năng lượng, các chấm lượng tử còn cho phép truyền chúng tới một loại vật liệu hấp thu như dioxit titan thường được sử dụng trong các tế bào quang điện tiên tiến hiện nay. Quá trình truyền này chỉ diễn ra trong thời gian dưới 50 femto giây và có rất ít các electron bị mất đi dưới dạng nhiệt. Hiệu quả trên lý thuyết của phương pháp sản xuất điện từ loại vật liệu làm pin quang điện mới có thể đạt 66%. Nghiên cứu về các electron được hấp thu bởi phương pháp này và dòng điện qua chúng có thể được truyền vào một đường diây cáp này đang được tiếp tục làm rõ. Mục đích sao cho phải tạo ra được một đường cáp khá nhỏ để kết nối một tế bào quang điện trên nền cơ sở chấm lượng tử, do
lượng lớn năng lượng được truyền.