Effective Multiple exiton Generation – HEMEG).
Hiện nay việc nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu suất chuyển hóa năng lượng mặt trời và giảm giá thành thiết bị đặt ra là nhiệm vụ khó khăn cho các nhà khoa học. Một mặt phải tối ưu hóa những vật liệu hiện có thông qua việc tìm kiếm vật liệu mới có vùng cấm hẹp, hấp thụ ánh sáng ở vùng rộng, cường độ cao. Đồng thời chế tạo vật liệu vận chuyển điện tích tốt. Theo lý thuyết, nếu vật liệu được tối ưu hóa thì hiệu suất cũng chỉ đạt 31/% (E.Cartlige “Bright outlook for Solar Cells” Physics World, 20(7_(2007) 20). Vì vậy muốn đạt được hiệu suất cao hơn phải tìm một công nghệ mới. Công nghệ nano đang là chủ lực để đạt được mục tiêu nhiều tham vọng này.
Theo kết quả nghiên cứu của tiến sỹ Randy J.Ellingson và Arthur J.Nozik thuộc phòng thí nghiệm nghiên cứu Năng lượng tái tạo – Mỹ (Center for Basic Science, National Renewble Energy Laboratory), nếu sử dụng vật liệu có cấu trúc Nano chấm lượng tử( Quantum dots – QDs), với năng lượng vùng cấm hẹp, thì hiệu suất lượng tử sẽ tăng lên gấp bội do hiệu ứng phát sinh nhiều Exiton:(Highly Efficent Multiple Exiton Generation MEG). Thông thường khi hấp thụ ánh sáng, một photon đánh bật một điện tử tạo thành 1 exiton (hiệu suất lượng tử đạt 100%). Nhưng ở những vật liệu cấu trúc nano như semiconductor quantum dots hay nano crytals (NCS), bulk semiconductor… quantum dots có đường kính hạt từ 3 đến 7nm chứa khoảng 50-70 nguyên tử, thì hiệu suất lượng tử sẽ rất cao. J.Ellingson và J.Nozic đã làm thí nghiệm bức xạ ánh sáng vào kem chấm lượng tử PbSe và PbS có đường kính 3.9 – 5.7nm, khi một photon va chạm vào chấm lượng tử, thay vì đánh bật ra 1 electron như bình thường, nó sinh ra 2 hoặc 3 electron tự do. Nếu bức xạ nhiều electron sẽ tạo thành dòng thác điện tử (Electronic Avalanche Effective – EAE) có mức năng lượng vượt vùng cấm đưa hiệu suất lượng tử lên 200, thậm chí 300% (Hiệu ứng thác điện tử). Với hiệu ứng thác điện tử này hiệu suất chuyển hóa năng lượng không phải là 31% như tính toán mà sẽ đạt tới 60%. Tuy nhiên để đạt được hiệu suất này đòi hỏi các nhà khoa học sẽ phải nỗ lực nhiều năm nữa. (tham
khảo Randy J.Ellingson Highly Efficient Mutiple Exiton Generation in Colloidal PbSe and PbS Quantum dots – NANO LETTERS vol.5, No.5.2005.(865-871).
Chương 2
PIN MẶT TRỜI SỬ DỤNG CHẤT MÀU NHẠY SÁNG (DSSC)