Các nhà khoa học đang sử dụng pin mặt trời nhạy cảm như một sự bổ sung chi phí thấp cho các hệ thống quang điện hiện tại. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm một số vật liệu thân thiện với môi trường và thân thiện với môi trường giúp cải thiện hiệu suất và do đó thực hiện lời hứa của họ.
Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Basel ở Thụy Sĩ đã tìm ra cách phát triển chất nhạy cảm, một thành phần rất quan trọng trong pin, từ một loại sắt kim loại thông thường với tác động môi trường tối thiểu. Chất nhạy cảm là một hợp chất có màu đậm hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi năng lượng của nó thành điện năng bằng cách giải phóng các electron và 'chích' chúng vào một chất bán dẫn.
Mặc dù các nhà nghiên cứu đã biết cơ sở tốt để phát triển chất nhạy cảm với sắt, nhưng họ vẫn cần vượt qua một số thách thức để đạt được mục tiêu này. Trên thực tế, các chuyên gia từ lâu đã tin rằng việc sử dụng các hợp chất sắt trong các ứng dụng này là không thể vì các hợp chất sắt có thời gian tồn tại quá ngắn ở trạng thái tấn công sau khi hấp thụ ánh sáng và có thể không hữu ích cho việc sản xuất năng lượng.
Kết quả là, các chất nhạy cảm được sử dụng cho đến nay để làm nhạy cảm các tế bào năng lượng mặt trời có tuổi thọ tương đối ngắn hoặc yêu cầu sử dụng các kim loại rất hiếm và đắt tiền, các nhà nghiên cứu cho biết.
Tuy nhiên, bảy năm trước, các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại hợp chất sắt mới, được đặt tên là N-heterocyclic carbenes (NHC), có thể kéo dài trạng thái cần thiết để chất bán dẫn giải phóng đủ electron để tạo ra điện.
Điều này giải quyết một vấn đề về việc sử dụng sắt làm chất nhạy cảm; tuy nhiên, vẫn còn những vấn đề khác cần giải quyết trong quá trình làm nhạy cảm bề mặt chất bán dẫn bằng thuốc nhuộm, những vấn đề này bị ảnh hưởng bởi bản chất của các phân tử thuốc nhuộm, sự ngâm tẩm của các điện cực, ảnh hưởng của dung môi chất lỏng và thời gian nhạy cảm, các nhà nghiên cứu đã quan sát trong phần tóm tắt của một bài báo đăng trên tạp chí Giao dịch Dalton.
Các nhà nghiên cứu viết: “Nếu các phân tử thuốc nhuộm quá gần nhau, tương tác giữa thuốc nhuộm với thuốc nhuộm có thể ảnh hưởng đến tính chất điện tích. "Sự tập hợp thuốc nhuộm là kết quả của các tương tác giữa các phân tử. Hạn chế này có thể đạt được bằng cách thêm các chất đồng hấp phụ, ví dụ như chenodeoxycholic hoặc sử dụng các chất đệm alkyl trong cấu trúc thuốc nhuộm để khắc phục."
Các nhà nghiên cứu cũng viết rằng một vấn đề khác có thể phát sinh từ sự hiện diện của quá nhiều phân tử thuốc nhuộm trong dung dịch thuốc nhuộm, dẫn đến sự hình thành các màng đa lớp trên bề mặt chất bán dẫn. Trong trường hợp này, nồng độ thuốc nhuộm và thời gian ngâm phải được tối ưu hóa.
Xem xét nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này, Mariia Becker, trưởng dự án tại Khoa Hóa học của trường Đại học, giải thích: "Chúng tôi biết rằng chúng tôi phải phát triển các vật liệu có thể gắn vào bề mặt chất bán dẫn và đồng thời có các đặc tính cho phép tối ưu hóa các chức năng trên bề mặt.Sự sắp xếp của các thành phần hấp thụ ánh sáng.”
Tiềm năng của pin trong tương lai
Họ cho biết để giải quyết những thách thức này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một chất nhạy cảm mới bằng cách sử dụng các vật liệu NHC sắt đồng nhất và không đồng nhất mới, mà họ đã tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp hai hướng.
Nhìn chung, nghiên cứu cho thấy những khả năng được tạo ra bằng cách sử dụng sắt trong pin mặt trời nhạy cảm với nhiên liệu và các nhà nghiên cứu còn một chặng đường dài phía trước vì nguyên mẫu của họ chỉ đạt được 1% hiệu suất tổng thể. Để so sánh, pin mặt trời thương mại có hiệu suất 20 phần trăm.
Becker cho biết trong một thông cáo báo chí: “Tuy nhiên, kết quả này đại diện cho một cột mốc quan trọng sẽ khuyến khích nghiên cứu sâu hơn về những vật liệu mới này.