Nằm ở vùng cận xích đạo, từ 23° đến 8° vĩ độ Bắc, Việt Nam có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào và ổn định. Ở miền Nam và miền Trung, bức xạ mặt trời vào khoảng từ 4.0 đến 5.9 kWh/m2/ngày trong suốt cả năm. Ở miền Bắc, bức xạ mặt trời vào khoảng từ 2.4 đến 5.6 kWh/m2/ngày. Bức xạ mặt trời ổn định quanh năm là cở sở rất tốt để phát triển năng lượng mặt trời. Vì thế, các nghiên cứu phát triển các loại pin mặt trời ngày càng được quan tâm.
Có thể nói Mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô tận, do đó các nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng được quan tâm nhằm hướng đến một xã hội phát triển bền vững, xanh – sạch. Công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời bao gồm các thiết bị chuyển đổi trực tiếp bức xạ mặt trời thành điện năng, nhiệt năng, hoặc năng lượng để thực hiện các phản ứng hóa học.
Pin DSCs (dye-sensitized solar cells) là loại pin giá thành thấp thuộc nhóm pin màng mỏng. Cấu tạo của pin DSC gồm có ba thành phần chính: điện cực anod, điện cực catod và hệ điện ly. Điện cực anod gồm có lớp màng nano tinh thể TiO2 hấp phụ chất nhạy quang (Dye) phủ trên mặt đế thủy tinh dẫn điện. Điện cực catod gồm lớp Pt phủ trên bề mặt đế thủy tinh dẫn. Giữa hai điện cực là hệ điện ly chứa cặp oxi hóa khử làm nhiệm vụ tái sinh chất nhạy quang và vận chuyển điện tử giữa các điện cực anod và catod. Loại pin này do hai nhà khoa học là Michael Grätzel và Brian O’Regan phát minh năm 1991, do vậy loại pin này còn có tên gọi là pin Grätzel. Giáo sư Michael Grätzel cũng là nhà khoa học giành được giải thưởng Công nghệ thiên niên kỷ năm 2010 (2010 Millennium Technology Prize) cho công trình phát minh ra loại pin này.
Các loại pin mặt trời truyền thống như pin mặt trời silicon tuy có hiệu suất chuyển đổi quang năng cao nhưng giá thành quá mắc, và hiện nay cũng chưa thể thay thế được các kỹ thuật sử dụng năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá. Phòng thí nghiệm Hóa lý Ứng dụng hiện đang nghiên cứu, chế tạo các thế hệ pin mặt trời mới, đặc biệt là pin mặt trời tinh thể nano TiO2 – chất nhạy quang (DSCs). Pin DSCs có nhiều ưu điểm như giá thành chế tạo thấp hơn nhiều lần so với pin silicon, quy trình chế tạo đơn giản, và có thể gia công trên nhiều nền địa hình khác nhau, hiện đang là loại pin hứa hẹn có thể thay thế cho các loại pin mặt trời truyền thống.
Pin DSCs hiện nay có hiệu suất thấp hơn so với pin silicon đơn tinh thể và độ bền cũng thấp hơn nhiều. Tuy nhiên, chúng tôi kỳ vọng rằng có thể nâng cao được đáng kể hiệu suất chuyển đổi quang năng cũng như độ bền của pin. Các nghiên cứu phát triển của chúng tôi trong lĩnh vực này nhằm cải thiện đồng thời độ bền, hiệu suất và phương pháp chế tạo pin. Sự hợp tác nghiên cứu chặt chẽ với Trường Đại học Roskilde, Đan Mạch tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi chủ động trong các nghiên cứu phân tích – xác định và các nghiên cứu thử nghiệm về độ bền của pin DSCs.
Có thể nói nhóm nghiên cứu về pin DSC thuộc PTN trọng điểm ĐHQG Hóa Lý Ứng dụng là một trong những nhóm tiên phong nghiên cứu về loại pin này tại Việt Nam. Nhóm đã và đang thực hiện 03 đề tài cấp Bộ, cấp trọng điểm ĐHQG-HCM và triển khai thành công các dự án hợp tác nghiên cứu-đào tạo với Trường Đại học Roskilde, Đan Mạch từ năm 2000. Trong giai đoạn hợp tác mới, nhóm đã phối hợp với Trường Đại học Roskilde đề xuất dự án hợp tác giai đoạn 2011 – 2015 với tổng kinh phí 2 triệu USD lên chính phủ Đan Mạch.
Một số kết quả nghiên cứu về pin DSC của nhóm đạt được trong những năm vừa qua:
– Từ năm 2007 đã chế tạo thành công pin mặt trời DSC diện tích nhỏ 0,3-1,3 cm2, hiệu suất đạt được khoảng dưới 5%.
– Cuối năm 2008 hiệu suất chuyển đổi quang – điện của pin DSC đạt được là 7,3 % (diện tích 0,3 cm2), thế mạch hở của pin từ 0,75 – 0,90 V, dòng ngắn mạch đạt 18 – 20 mA/cm2. Tìm ra phương pháp xử lý pin và tối ưu thành phần dung dịch điện ly để nâng thế mạch hở của pin lên đến 0,9 V. (Quy trình chế tạo và xử lý pin được mô tả trong Bảng đăng ký sáng chế gửi năm 2009).
– Năm 2009 chế tạo thành công sản phẩm keo in lụa TiO2 với kích thước hạt TiO2 8-20 nm, có thể thay thế sản phẩm thương mại, đảm bảo nhu cầu sản xuất hàng loạt pin DSC diện tích lớn.
Thông tin liên hệ nhóm nghiên cứu
TS. Nguyễn Thái Hoàng
Điện thoại: +84 918166647
Email: [email protected]
ThS. Trần Minh Hải
Điện thoại: +84 903166704
Email: [email protected]
Địa chỉ: Phòng I69A, ĐH KHTN TP HCM; 227, Nguyễn Văn Cừ, Quận 5, TP HCM.
Hoahocngaynay.com
Nguồn apclab.edu.vn
