Các nhà nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh, Trung Quốc, vừa phát triển thành công một loại vật liệu trong suốt, có khả năng biến những ô cửa sổ kính thông thường thành các tấm pin thu năng lượng mặt trời. Sử dụng công nghệ tinh thể lỏng, phát minh này có thể tạo ra điện năng mà không làm thay đổi diện mạo của cửa sổ, hứa hẹn sẽ mang đến một cuộc cách mạng trong lĩnh vực xây dựng bền vững.
Không giống như các công nghệ pin mặt trời trong suốt trước đây thường làm biến dạng hình ảnh hoặc có hiệu suất thấp, phương pháp mới của nhóm nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh lại có một cách tiếp cận hoàn toàn khác.
Họ đã tạo ra một lớp màng mỏng, được cấu thành từ nhiều lớp tinh thể lỏng cholesteric (CLC). Lớp màng này hoạt động như một bộ tập trung năng lượng mặt trời, sử dụng hiện tượng nhiễu xạ để có thể "bẻ cong" và dẫn hướng ánh sáng mặt trời về phía các cạnh của ô cửa sổ. Tại đây, những tế bào quang điện (PV) nhỏ sẽ được lắp đặt để chuyển đổi ánh sáng đó thành điện năng.
Kết quả của phương pháp này thực sự ấn tượng. Lớp màng có độ truyền sáng trung bình rất cao, lên tới 64,2%, và chỉ số hoàn màu đạt 91,3%. Điều này có nghĩa là ô cửa sổ vẫn giữ được độ trong suốt và tự nhiên, gần như không có gì khác biệt so với kính thông thường.
Về mặt hiệu suất năng lượng, các mô phỏng cho thấy một ô cửa sổ rộng 2 mét có thể tập trung ánh sáng mặt trời với cường độ cao gấp 50 lần bình thường. Khả năng tập trung cao độ này cho phép giảm tới 75% diện tích của các tế bào quang điện đắt tiền cần phải sử dụng. Trong một thử nghiệm thực tế, một nguyên mẫu nhỏ đã có thể cung cấp đủ năng lượng để vận hành một chiếc quạt 10 miliwatt.
Một trong những ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là khả năng mở rộng quy mô. Theo các nhà nghiên cứu, lớp màng tinh thể lỏng này có thể được sản xuất hàng loạt bằng kỹ thuật sản xuất cuộn-đối-cuộn (roll-to-roll) một cách dễ dàng.
Bên cạnh đó, nó còn có độ bền cao và có thể được lắp đặt trực tiếp lên các cấu trúc cửa sổ đã có sẵn, biến nó trở thành một giải pháp cực kỳ thực tế cho việc nâng cấp các đô thị theo hướng bền vững. Nhóm nghiên cứu cho biết, mục tiêu cuối cùng của họ là biến mọi bề mặt kính thụ động trở thành những bề mặt có khả năng tạo ra năng lượng một cách chủ động.
Tinh thể lỏng: Bí quyết của cửa sổ "tàng hình"
Không giống như các công nghệ pin mặt trời trong suốt trước đây thường làm biến dạng hình ảnh hoặc có hiệu suất thấp, phương pháp mới của nhóm nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh lại có một cách tiếp cận hoàn toàn khác.
Họ đã tạo ra một lớp màng mỏng, được cấu thành từ nhiều lớp tinh thể lỏng cholesteric (CLC). Lớp màng này hoạt động như một bộ tập trung năng lượng mặt trời, sử dụng hiện tượng nhiễu xạ để có thể "bẻ cong" và dẫn hướng ánh sáng mặt trời về phía các cạnh của ô cửa sổ. Tại đây, những tế bào quang điện (PV) nhỏ sẽ được lắp đặt để chuyển đổi ánh sáng đó thành điện năng.
Hiệu suất ấn tượng và tiềm năng thực tế
Kết quả của phương pháp này thực sự ấn tượng. Lớp màng có độ truyền sáng trung bình rất cao, lên tới 64,2%, và chỉ số hoàn màu đạt 91,3%. Điều này có nghĩa là ô cửa sổ vẫn giữ được độ trong suốt và tự nhiên, gần như không có gì khác biệt so với kính thông thường.
Về mặt hiệu suất năng lượng, các mô phỏng cho thấy một ô cửa sổ rộng 2 mét có thể tập trung ánh sáng mặt trời với cường độ cao gấp 50 lần bình thường. Khả năng tập trung cao độ này cho phép giảm tới 75% diện tích của các tế bào quang điện đắt tiền cần phải sử dụng. Trong một thử nghiệm thực tế, một nguyên mẫu nhỏ đã có thể cung cấp đủ năng lượng để vận hành một chiếc quạt 10 miliwatt.
Từ phòng thí nghiệm đến các tòa nhà chọc trời
Một trong những ưu điểm lớn nhất của công nghệ này là khả năng mở rộng quy mô. Theo các nhà nghiên cứu, lớp màng tinh thể lỏng này có thể được sản xuất hàng loạt bằng kỹ thuật sản xuất cuộn-đối-cuộn (roll-to-roll) một cách dễ dàng.
Bên cạnh đó, nó còn có độ bền cao và có thể được lắp đặt trực tiếp lên các cấu trúc cửa sổ đã có sẵn, biến nó trở thành một giải pháp cực kỳ thực tế cho việc nâng cấp các đô thị theo hướng bền vững. Nhóm nghiên cứu cho biết, mục tiêu cuối cùng của họ là biến mọi bề mặt kính thụ động trở thành những bề mặt có khả năng tạo ra năng lượng một cách chủ động.
