Tăng hiệu suất pin mặt trời bằng lớp phủ cấu trúc nano lấy ý tưởng từ mắt bướm đêm

Để bay trong bóng tối và lẩn tránh con mồi, mắt của loài bướm đêm gần như không phản xạ ánh sáng. Đặc tính này đã được các nhà khoa học khai thác và phát triển thành một loại phim chống phản chiếu phủ ngoài pin mặt trời. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu tại đại học Bắc Carolina đã tiếp tục cải tiến công nghệ trên nhằm tăng hiệu suất của pin lên cao nhất có thể.

Giáo sư Chih-Hao Chang cùng các cộng sự đã phát triển một tấm phim mới, được thiết kế để giảm thiểu hiện tượng giao thoa màng mỏng trong các tấm pin mặt trời. Giao thoa màng mỏng (thin-film interference) là một hiện tượng xảy ra khi các sóng ánh sáng tới được phản chiếu bởi lớp trên và lớp dưới của một bản mỏng giao thoa với nhau tạo nên một sóng mới. Theo học thuyết, một màng mỏng là một lớp vật liệu với độ mỏng từ bán nanomet đến micron. Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt của một màng mỏng, nó có thể đồng thời phản xạ tại mặt trên và truyền xuống mặt dưới. Khi tiếp xúc với mặt dưới, ánh sáng tiếp tục truyền qua hoặc bị phản xạ. Ánh sáng phản xạ từ mặt trên và mặt dưới sẽ giao thoa và độ giao thoa tăng cường hay triệt tiêu giữa 2 sóng ánh sáng phụ thuộc vào sự khác biệt trong các pha của chúng. Sự khác biệt này dựa trên độ mỏng của tấm phim, hệ số khúc xạ của tấm phim và góc tới của tia sáng ban đầu lên tấm phim. Ánh sáng hệ quả từ sự giao thoa trên có thể xuất hiện dưới dạng các dãi sáng và tối hoặc nhiều màu sắc tùy theo nguồn ánh sáng tới. Một ví dụ mà chúng ta thường gặp về hiện tượng giao thoa màng mỏng là các vệt màu 7 sắc cầu vồng trên một bãi dầu loang hoặc bong bóng xà phòng. Dầu nổi trên mặt nước, ánh sáng phản chiếu từ bề mặt dầu nhưng một phần ánh sáng cũng xuyên qua bề mặt này và phản xạ từ lớp nước bên dưới. Do 2 nguồn phản xạ ánh sáng khác nhau về đặc tính quang học, chúng giao thoa với nhau và tạo ra hiệu ứng cầu vồng.

Hiện tượng tương tự có thể xuất hiện khi các tấm phim mỏng được đặt lên nhau. Trong trường hợp của pin quang điện, chúng được tạo thành từ nhiều tấm phim mỏng xếp chồng lên nhau và ánh sáng thường thất thoát giữa các lớp phim nơi hiện tượng giao thoa xảy ra.

Để khắc phục nhược điểm trên, nhóm của Chang đã phát triển các tấm phim tích hợp cấu trúc nano hình nón, tương tự cấu trúc nốt lồi trong mắt bướm đêm. Khi xuất hiện trên bề mặt của một tấm phim, những cấu trúc này có thể xâm nhập vào mặt dưới của một tấm phim khác xếp trên, giống như các viên gạch Lego. Kết quả là hiện tượng giao thoa giữa các tấm phim hầu như không xảy ra. Quy trình tiếp tục lặp lại với nhiều tấm phim chồng lên nhau.

Theo các nhà khoa học, lượng ánh sáng phản chiếu bởi một trong số các bề mặt có cấu trúc nano chỉ bằng 1/100 so với bề mặt của các tấm pin mặt trời thông thường. Hiện tại, họ đã lên kế hoạch áp dụng công nghệ trên một thiết bị dùng năng lượng mặt trời và tìm kiếm các ứng dụng thương mại.

Công trình nghiên cứu của Chang cùng các cộng sự đến từ đại học North Carolina đã được đăng tải trên tạp chí Nanotechnology trong tuần qua.

Nguồn: North Carolina State University; Gizmag

ISS gặp sự cố rò rỉ chất làm mát cho pin mặt trời, NASA đang tiến hành khắc phục

Hôm thứ 5 vừa qua, các phi hành gia trên trạm không gian quốc tế (ISS) đã phát hiện ammoniac lỏng được dùng để làm lạnh hệ thống pin mặt trời đang bị rò rỉ ra ngoài không gian và theo thông báo của NASA thì cho đến hiện tại phi hành đoàn vẫn an toàn.

ISS có 8 chuỗi pin mặt trời cung cấp điện cho trạm và mỗi chuỗi được làm mát độc lập với các hệ thống kiểm soát nhiệt riêng. Điều này có nghĩa hoạt động của pin mặt trời vẫn diễn ra bình thường trong khi các kỹ sư trên ISS khắc phục sự cố.

Dấu hiệu rò rỉ lớn đầu tiên được phát hiện vào năm 2007 và kể từ đây, NASA đã bắt đầu nghiên cứu sự cố. Vào tháng 11 năm 2012, 2 nhà phi hành gia đã thực hiện một chuyến đi bộ ra ngoài không gian để sửa chữa, nối lại một số đường ống làm lạnh và lắp mới một bộ tản nhiệt do lo ngại rằng bộ tản nhiệt cũ đã bị các thiên thạch cực nhỏ làm hỏng.

Tại thời điểm này, những thông số đo đạt cho thấy vấn đề dường như đã được khắc phục nhưng hôm nay, các phi hành gia trên ISS lại phát hiện ra từng loạt ammoniac đóng băng thành khối như bông tuyết đều đặn rò rỉ từ cuộn tản nhiệt trong hệ thống kiểm soát nhiệt quang điện (PVTCS).

"Nó rỉ ra trong cùng một khu vực nhưng chúng tôi không biết liệu có phải là từ vết nứt cũ hay không," người phát ngôn của NASA - Kelly Humphries tại trung tâm không gian Johnson, Houston cho biết. Cũng theo Humphries, NASA đã đánh giá đây là một vấn đề nghiêm trọng bởi nó tác động đến một hệ thống quan trọng của trạm không gian. Nếu hệ thống tản nhiệt không còn khả năng làm mát các chuỗi pin mặt trời, chúng sẽ không thể tạo ra điện cho mọi hoạt động của trạm. Trên thực tế, chỗ rò rỉ đã trở nên tồi tệ hơn và bộ phận kiểm soát sứ mạng tại NASA dự kiến sẽ tạm ngưng hoạt động của cuộn tản nhiệt này trong vòng 24 giờ. Tuy nhiên, Humphries nhấn mạnh "phi hành đoàn vẫn an toàn" và cho rằng không nên vội vàng tự thực hiện một cuộc đi bộ ra ngoài không gian để khắc phục sự cố.

Bộ phận kiểm soát sứ mạng vẫn đang thảo thuận về vấn đề với các phi hành gia trên trạm. Trong cuộc trò chuyện với chỉ huy trưởng trạm không gian - Chris Hadfield, nhà điều hành sứ mạng Doug Wheelock cho biết qua hình ảnh và video gởi về, bộ phận kiểm soát trên mặt đất "tin chắc rằng ammoniac đóng băng rò rỉ từ một khu vực gần hệ thống kiểm soát nhiệt " nhưng họ vẫn chưa thể tìm ra chính xác vị trí điểm rò.

Các kỹ sư của NASA đang xem xét các kết hoạch để sử dụng cánh tay robot thăm dò vị trí điểm rò. Hadfield cho biết ông cũng các cộng sự đã phát hiện ra tỉ lệ rò rỉ thay đổi tùy theo phương hướng của trạm với mặt trời, từ đó gợi ý rằng sẽ có những góc xoay khiến chất làm mát rò rỉ nhiều và nhanh hơn.

Hadfield chịu trách nhiệm quản lý phi hành đoàn Expedition 35, trong đó bao gồm các phi hành gia Tom Marshburn và Chris Cassidy của NASA, nhà du hành vũ trụ Roman Romanenko, Pavel Vinogradov và Alexander Misurkin của Nga. Ông đã yêu cầu bộ phận kiểm soát sứ mạng gởi một bảng mô tả về vấn đề và các phương án xử lý để thực hiện càng sớm càng tốt. Hadfield, Marshburn và Romanenko sẽ rời trạm vào thứ 2 (13 tháng 5), trở về trái đất sau 5 tháng làm việc. Vì vậy, Hadfield lo ngại rằng sự cố rò rỉ sẽ làm giảm năng lượng từ các chuỗi pin mặt trời và có thể gây chậm trễ kế hoạch rời trạm của cả nhóm.

*Theo thông tin mới nhất từ Hadfield thì cả nhóm đã quyết định thực hiện chuyến đi bộ ra không gian để sửa chỗ rò vào hôm qua. 2 nhà du hành Chris Cassidy và Tom Marshburn đã sẵn sàng và dự kiến sẽ mất 6 tiếng để khắc phục. NASA sẽ phải tắt một hệ thống cấp điện để đảm bảo an toàn cho các phi hành gia khi tiếp cận.

Thông tin sẽ tiếp tục được cập nhật.

Theo: The Verge; Space