Công nghệ năng lượng mặt trời di động đã tiến bộ nhanh chóng, khi hàng trăm nhóm nghiên cứu trên thế giới theo đuổi hơn hai chục phương pháp tiếp cận sử dụng vật liệu, công nghệ và cách tiếp cận khác nhau để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu tại MIT đã thiết lập một kỷ lục mới cho các pin chấm lượng tử hiệu quả nhất - một loại pin năng lượng mặt trời được coi là có triển vọng đặc biệt bởi vì chi phí thấp, linh hoạt và nhẹ.

Tuy hiệu quả tổng thể của pin này vẫn thấp so với các loại khác - khoảng 9 phần trăm năng lượng ánh sáng mặt trời được biến đổi thành điện - nhưng tốc độ cải thiện của công nghệ này thuộc loại nhanh nhất trong công nghệ năng lượng mặt trời. Phát triển được mô tả trong bài báo, được công bố trên tạp chí Nature Materials, của các giáo sư Moungi Bawendi và Vladimir Bulović và nghiên cứu sinh Chia-Hào Chuang và Patrick Brown. 

Quá trình mới là phần phát triển mở rộng công trình nghiên cứu của Bawendi để sản xuất các chấm lượng tử với các đặc tính có thể kiểm soát chính xác - và là các lớp phủ mỏng đồng nhất có thể đưa vào các vật liệu khác. Những chấm nhỏ này rất hiệu quả trong chuyển đổi ánh sáng thành điện năng và ngược lại. Kể từ tiến bộ đầu tiên hướng tới việc sử dụng các chấm lượng tử làm pin năng lượng mặt trời, Bawendi nói, trong vài năm qua cộng đồng nghiên cứu đã bắt đầu hiểu rõ hơn về hoạt động của các pin này và cả những hạn chế của nó. 

Công trình mới này thể hiện một bước tiến đáng kể trong việc khắc phục những hạn chế, tăng dòng điện di chuyển trong pin và do đó tăng hiệu quả chung của chúng trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Nhiều phương pháp chế tạo ra pin mặt trời rẻ, nhẹ và mềm dẻo gặp phải những hạn chế nghiêm trọng - chẳng hạn như thời gian hoạt động khi tiếp xúc với không khí, hoặc cần nhiệt độ cao và buồng chân không trong quá trình sản xuất. Ngược lại, quá trình mới không yêu cầu một bầu không khí trơ, hoặc nhiệt độ cao để phát triển các lớp thiết bị hoạt động và các pin thu được cho thấy không có sự xuống cấp sau hơn năm tháng để trong không khí. 

Bulović, Giáo sư Công nghệ mới nổi của MIT, giải thích rằng các lớp phủ mỏng chấm lượng tử "cho phép chúng hoạt động như một cá thể đơn lẻ - hấp thụ ánh sáng rất tốt - nhưng cũng làm việc như một nhóm, để vận chuyển điện tích. "Điều này cho phép những điện tích tập hợp ở các cạnh của màng mỏng, ở đó chúng có thể được khai thác để cung cấp một dòng điện.

Nghiên cứu mới tập hợp những phát triển từ một số lĩnh vực để thúc đẩy công nghệ đạt hiệu quả chưa từng có đối với một hệ thống dựa trên chấm lượng tử. Bốn tác giả nghiên cứu từ các khoa khác nhau của MIT là: vật lý, hóa học, khoa học và kỹ thuật vật liệu, kỹ thuật điện và khoa học máy tính. 

Hiệu suất tổng thể của pin vẫn còn thấp hơn so với hầu hết các loại pin năng lượng mặt trời khác. Nhưng Bulović chỉ ra, "Silic có sáu thập kỷ để có được vị trí hiện nay, thậm chí silic vẫn chưa đạt đến giới hạn lý thuyết. Bạn không thể hy vọng một công nghệ hoàn toàn mới đánh bại nó chỉ trong bốn năm phát triển." Công nghệ mới có những ưu điểm quan trọng, đặc biệt là quá trình sản xuất đòi hỏi ít năng lượng hơn nhiều so với các loại khác.