1.2. Ứng dụng chất lỏng chứa hạt nano trong hấp thụ năng lượng mặt trời
1.2.3. Pin mặt trời
Pin mặt trời là thiết bị chuyển hĩa trực tiếp quang năng thành điện năng, hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện. Pin mặt trời được dùng phổ biến hiện nay chủ yếu dùng vật liệu bán dẫn Silic, gồm nhiều tế bào quang điện. Chất bán dẫn cĩ đặc điểm là điện trở suất của nĩ phụ thuộc mạnh vào nồng độ của tạp chất. Chất bán dẫn loại n cĩ hạt tải điện cơ bản là electron. Bán dẫn loại n cĩ thể được chế tạo bằng cách pha tạp silic với những nguyên tố cĩ năm electron hĩa trị như P, As, … Bốn electron hĩa trị của các nguyên tố này sẽ liên kết với bốn nguyên tử silic, như vậy sẽ thừa ra một electron và electron này cĩ thể thành hạt tải điện tự do. Tương tự, để chế tạo chất bán dẫn cĩ hạt tải điện cơ bản là lỗ trống (loại p), tinh thể silic được pha tạp các nguyên tố cĩ ba electron hĩa trị như B, Al, … Để cĩ đủ bốn mối liên kết, các nguyên tố này nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống. Tế bào quang điện gồm hai lớp chuyển tiếp p-n, khi chiếu ánh sáng tới thích hợp là các chùm photon mang năng lượng thì xảy ra hiện tượng quang điện, tạo ra sự phân bố điện tích giữa hai lớp điện cực và cĩ một hiệu điện thế. Các thiết bị pin quang điện chuyển ánh sáng mặt trời thành điện năng hiện nay vẫn chưa thật sự hiệu quả. Hiệu suất chuyển hĩa năng lượng mặt trời thành điện lớn nhất của tế bào quang điện hiên nay là khoảng 47,1% [39], cịn các tế bào năng lượng mặt trời thương phẩm thì thấp hơn nhiều. Đĩ là bởi vì, quang phổ của ánh sáng mặt trời bao gồm các bước sĩng khác nhau, cường độ của
mỗi bước sĩng cũng khác nhau. Để giải phĩng electron liên kết thành các electron tự do thì bước sĩng của ánh sáng phải nhỏ hơn một giá trị xác định, do đĩ những bước sĩng lớn khơng gây ra được hiện tượng quang điện trong, cịn nhiều sĩng ánh sáng cĩ bước sĩng nhỏ lại quá mạnh so với chất bán dẫn. Do vậy phần lớn năng lượng mặt trời tới tế bào quang điện sẽ gây ra tác dụng nhiệt nhiều hơn là chuyển thành năng lượng điện.
Do đĩ, nếu pin mặt trời cĩ hệ thống làm mát hiệu quả thì sẽ giúp tăng hiệu suất của thiết bị. Chất lỏng nano cĩ thể được sử dụng và là giải pháp để làm mát cho các pin mặt trời. Nhĩm Elmir [40] mơ phỏng hệ làm mát của các pin mặt trời silic bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Họ xét các tấm pin mặt trời như những máng nghiêng với độ dốc 30o và giải phương trình trong hệ tọa độ Đề các. Họ sử dụng chất lỏng nano Al2O3/nước để phân tích, với độ dẫn nhiệt và độ nhớt của chất lỏng nano được đánh giá theo mơ hình của Wasp và Brinkman. Kết quả như trong Hình
1.18, họ kết luận rằng sử dụng chất lỏng nano làm tăng giá trị trung bình của số
Nusselt (tỉ số nhiệt lượng đối lưu với nhiệt lượng dẫn), và do đĩ, hệ số làm mát tăng lên khi tăng tỉ lệ thể tích.
Hình 1.18. Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích hạt nano trong chất lỏng nano lên hệ
Tất nhiên cần chú ý rằng các thơng số nhiệt vật lý sử dụng trong nghiên cứu này khá cũ và nĩ khơng dự đốn chính xác độ dẫn nhiệt và độ nhớt của chất lỏng nano. Vì vậy, hi vọng trong các nghiên cứu sau này, các mơ hình phụ thuộc nhiệt độ chính xác được áp dụng hoặc ít nhất là các mơ hình nhiệt độ mới hơn được sử dụng để tính tốn các đặc tính nhiệt của chất lỏng nano. Ví dụ, để tính tốn độ nhớt của chất lỏng nano, các mơ hình của nhĩm Maiga, Buogiorno, Nguyen, Koo và Kleinstreuer [41] cĩ thể sử dụng được. Để đánh giá độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano, cĩ thể áp dụng các mối liên hệ được nhĩm Maiga, Xuan, Jang và Choi [42] đưa ra.