Phức chất sắt giúp sản xuất điện mặt trời với giá thành rẻ

03:30' PM - Thứ hai, 30/05/2016

Trong bối cảnh các thiết bị chuyển đổi và lưu trữ năng lượng tái sinh hiện vẫn có giá thành rất cao do phải sử dụng các vật liệu đắt tiền, yêu cầu hiện nay đối với các nhà khoa học là sử dụng những vật liệu sẵn có trên Trái Đất nhằm giảm giá thành và mở rộng phạm vi ứng dụng của những thiết bị như vậy.

Các nhà khoa học Thụy Điển mới đây đã tìm ra phức chất sắt có khả năng thu gom năng lượng Mặt Trời và truyền đến các hạt bán dẫn với hiệu quả cao khác thường. Quá trình thu gom năng lượng và truyền đến các hạt bán dẫn chính là những bước đầu tiên trong quá trình sản xuất điện ở nhóm những thiết bị quang điện đã được nghiên cứu rộng rãi hiện nay, đó là các pin quang điện sử dụng thuốc nhuộm nhạy sáng.

Pin quang điện sử dụng thuốc nhuộm nhạy sáng đã thu hút mạnh sự quan tâm của các nhà nghiên cứu vì nó có tiềm năng đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu đang tăng nhanh nhờ khả năng khai thác nguồn năng lượng hầu như vô tận của Mặt Trời.

Ở loại pin quang điện này, ánh sáng chiếu vào sẽ kích thích các điện tử trong lớp phân tử thuốc nhuộm nhạy sáng gắn trên nền TiO2. Tiếp theo, các phân tử thuốc nhuộm sẽ đưa các điện tử bị kích thích vào các hạt nano TiO2. Từ đó, điện tử di chuyển đến điện cực để tạo thành dòng điện.

Do những tính chất điện tử đáng chú ý của chúng nên các hợp chất ruteni, kể cả những hợp chất có phối tử polypiridin, là những chất nhạy sáng được sử dụng thành công nhất trong pin quang điện hiện nay. Nhưng ruteni tương đối hiếm và đắt tiền, ngoài ra nó cũng độc hại. Vì vậy, các nghiên cứu đang tìm kiếm các chất thay thế thích hợp, đặc biệt là các hợp chất chứa sắt - một loại vật liệu không đắt tiền và sẵn có trên Trái Đất.

Tuy nhiên, các hợp chất sắt đã được nghiên cứu cho đến nay, kể cả Fe-polypyridin, đều có những khiếm khuyết nhất định. Ví dụ, hiệu suất của chúng trong việc tạo ra dòng điện tử kích thích khá thấp, đồng thời trạng thái điện tử bị kích thích cũng thường không kéo dài đủ lâu để có thể kịp đưa điện tử vào TiO2.

Các nhà khoa học Thụy Điển đã sử dụng chất nhạy sáng là phức chất sắt của carben dị vòng để khắc phục những nhược điểm trên. Phức chất này có thời gian nằm ở trạng thái kích thích lâu gấp 1000 lần so với phức Fe-polypyridin. Hợp chất sắt (II) mới cũng giúp tăng hiệu quả đưa điện tử vào TiO2 lên 100% so với 92% ở các hợp chất ruteni.

Khi nhóm nghiên cứu đánh giá các phối tử khác nhau để sử dụng cho phức chất sắt nói trên, họ đã so sánh các dạng có và không có nhóm chức carboxy, đồng thời thử nghiệm các hợp chất bằng các kỹ thuật quang phổ khác nhau. Họ nhận thấy các nhóm carboxyl mở rộng đáng kể thời gian nằm ở trạng thái kích thích của chất nhạy sáng - thời gian này tăng gấp 2 lần nếu các hợp chất nằm trong dung dịch và tăng gấp 4 lần nếu các hợp chất được giữ bất động ở dạng rắn. Họ cũng phát hiện thấy hợp chất này truyền điện tử từ trạng thái năng lượng thấp với thời gian duy trì lâu hơn mà không truyền điện tử từ trạng thái năng lượng cao với thời gian duy trì ngắn hơn.

Các chuyên gia về các chất bán dẫn hy vọng phát hiện có tính đột phá nói trên về phức chất sắt có thể khơi dậy lại mối quan tâm đối với các chất nhạy sáng và cuối cùng sẽ dẫn đến việc phát hiện các chất nhạy sáng làm từ vật liệu sẵn có để chế tạo các thiết bị quang điện rẻ tiền hơn.


HV
Theo Chemical & Engineering News, 10/2015

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,