Những quả cầu vàng nhỏ có thể cải thiện việc thu năng lượng mặt trời

Tia nắng chứa rất nhiều năng lượng, nhưng công nghệ thu năng lượng mặt trời hiện nay không thu được nhiều năng lượng như mong muốn. Bây giờ, trong một nghiên cứu được công bố trên Vật liệu & Giao diện Ứng dụng ACSCác nhà nghiên cứu báo cáo rằng các hạt nano vàng, được gọi là siêu bóng, có thể hấp thụ gần như tất cả các bước sóng trong ánh sáng mặt trời – bao gồm cả một số bước sóng mà vật liệu quang điện truyền thống bỏ qua.

Việc áp dụng một lớp siêu bóng lên một bộ chuyển đổi điện có bán trên thị trường đã chứng minh rằng công nghệ này hấp thụ năng lượng mặt trời gần gấp đôi so với các vật liệu truyền thống.

Các nhà khoa học đang khám phá các vật liệu hấp thụ ánh sáng trên quang phổ mặt trời để cải thiện việc thu năng lượng mặt trời. Các hạt nano vàng và bạc (NP) đã được đề xuất như một giải pháp vì chúng dễ chế tạo và tiết kiệm chi phí, nhưng khả năng hấp thụ ánh sáng của các hạt nano hiện tại bị giới hạn ở các bước sóng khả kiến ​​– một phần của toàn bộ quang phổ mặt trời.

Để thu được các bước sóng bổ sung, bao gồm cả ánh sáng cận hồng ngoại, Jaewon Lee, Seungwoo Lee và Kyung Hun Rho đề xuất sử dụng các siêu bóng vàng tự lắp ráp. Những cấu trúc này bao gồm các NP vàng kết tụ lại với nhau và tạo thành những quả cầu nhỏ. Đường kính của các siêu bóng được điều chỉnh để tối đa hóa khả năng hấp thụ các bước sóng có trong ánh sáng mặt trời.

Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên sử dụng mô phỏng máy tính để tối ưu hóa thiết kế của từng quả bóng siêu bóng và dự đoán hiệu suất của màng siêu bóng. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy các siêu bóng sẽ hấp thụ hơn 90% bước sóng từ ánh sáng mặt trời.

Tiếp theo, họ tạo ra một màng siêu bóng vàng bằng cách làm khô dung dịch lỏng chứa các cấu trúc trên bề mặt của máy phát nhiệt điện có bán trên thị trường (TEG), một thiết bị chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện năng. Phim được tạo ra trong điều kiện phòng xung quanh – không cần phòng sạch hoặc nhiệt độ khắc nghiệt.

Trong các cuộc trình diễn với thiết bị mô phỏng năng lượng mặt trời LED, TEG được phủ siêu bóng có độ hấp thụ năng lượng mặt trời trung bình khoảng 89%, gần gấp đôi so với TEG với màng thông thường được làm từ các NP vàng đơn lẻ (45%).

Lee cho biết: “Các siêu bóng plasmonic của chúng tôi cung cấp một lộ trình đơn giản để thu được toàn bộ quang phổ mặt trời”. “Cuối cùng, công nghệ phủ này có thể hạ thấp đáng kể rào cản đối với các hệ thống nhiệt mặt trời và quang nhiệt hiệu suất cao trong các ứng dụng năng lượng trong thế giới thực.”

Chú thích hình ảnh: Quả bóng siêu nhỏ này (trên cùng) có đường kính 2100 nanomet và được làm từ hàng trăm hạt nano vàng nhỏ (phía dưới) được thiết kế để tăng khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời. Tín dụng: Chuyển thể từ Vật liệu & Giao diện Ứng dụng ACS 2026, DOI: 10.1021/acsami.5c23149.