Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Braunschweig ở Đức đã thiết kế được phễu thu ánh nắng mặt trời từ mọi hướng và tập trung ánh sáng trên phạm vi diện tích nhỏ hơn như pin mặt trời hiệu suất cao. Bằng cách xếp chồng các phễu được điều chỉnh theo những bước sóng ánh sáng khác nhau, nhóm nghiên cứu hy vọng có thể chuyển đổi rất hiệu quả toàn bộ quang phổ mặt trời thành điện năng. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Dù hiện đã có các bộ thu năng lượng mặt trời từ các khu vực rộng lớn và hướng vào những phạm vi nhỏ hơn, nhưng các thiết bị này vẫn có những hạn chế nhất định. Ví dụ, chúng không hoạt động tốt trong bóng râm mà cần có bức xạ mặt trời trực tiếp, nên thường phụ thuộc vào các hệ thống theo dõi ánh nắng chủ động.

Tuy nhiên, thiên nhiên đã chứng tỏ rằng không thể thiết kế bộ thu năng lượng mặt trời để khắc phục những hạn chế đó. Ở sinh vật sống sử dụng quá trình quang hợp, hàng trăm sắc tố định hướng ngẫu nhiên hấp thụ proton thậm chí trực tiếp từ ánh sáng gián tiếp và đưa năng lượng qua phễu hướng đến trung tâm phản ứng quang tổng hợp. Mỗi bước trong quy trình này diễn ra với hiệu quả gần bằng 100%.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã lập mô hình loại phễu mới thu ánh sáng dựa theo mẫu của tự nhiên. Thiết bị bao gồm rất nhiều chất màu “cho” được định hướng ngẫu nhiên có thể hấp thụ ánh sáng thậm chí từ mọi góc tới và đưa ánh sáng qua phễu lên trên rất ít các phân tử “nhận” được sắp xếp theo một hướng duy nhất để chiếu ánh sáng lên thiết bị chuyển đổi quang điện. Kết quả có thể giảm 10% tổn thất bên trong cho các bộ thu năng lượng mặt trời trước đây.

Sau nhiều thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã chứng minh bộ thu năng lượng mặt trời mới hấp thụ gần 99% ánh sáng đi tới mà chỉ gây tổn thất nhỏ nhờ khả năng tái hấp thụ và phản xạ. Thiết bị cũng có hiệu suất lượng tử chuyển hướng ánh sáng đạt 80%, mà theo các nhà nghiên cứu là những thông số quan trọng nhất vì nó phụ thuộc vào bước sóng cụ thể của các photon.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng các thiết bị này có thể được xếp chồng lên nhau với mỗi thiết bị chứa các chất màu tương ứng với phạm vi quang phổ khác nhau của ánh nắng mặt trời. Do vật liệu dùng chế tạo thiết bị có giá cả phải chăng, nên cấu trúc xếp chồng thiết bị có thể là phương pháp thu năng lượng từ toàn bộ quang phổ mặt trời với chi phí thấp và hiệu quả.

Peter Jomo Walla, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Các chất màu được sử dụng trong nghiên cứu ở giai đoạn đầu hiện chỉ có vùng quang phổ màu xanh và không đủ ổn định để tiếp xúc lâu với ánh nắng mặt trời. Tuy nhiên, nghiên cứu của chúng tôi cho phép sàng lọc số lượng lớn chất màu ổn định khác có khả năng hoạt động như bộ thu ánh sáng hoặc bộ chuyển hướng ánh sáng. Chúng tôi rất vui vì phát hiện ra chất màu ổn định và những cấu trúc xếp chồng để bao trùm toàn bộ quang phổ mặt trời với hiệu quả cao”.
 

Theo NASATI