Tìm ra cơ chế sản xuất pin mặt trời bằng enzyme của đu đủ

Màng titan dioxide mỏng (Titania) là một chất thường được sử dụng trong các loại pin mặt trời khác nhau. Các phương pháp hiện hành đang được sử dụng để chế tạo Titania đủ tiêu chuẩn sử dụng công nghiệp đòi hỏi nhiệt độ cao, cũng như các công nghệ tiên tiến, và cực kỳ tốn kém. Đây cũng chính là một trong những nguyên nhân khiến pin mặt trời có giá thành cao, khó tiếp cận với số đông người dùng.

Tuy nhiên mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Delft (TU Delft) đã phát triển thành công một phương pháp chế tạo màng Titania mỏng, xốp ở nhiệt độ tương đối thấp, chi phí cạnh tranh, và đặc biệt dựa trên cơ chế hoàn toàn hữu cơ.

Bằng việc đưa một loại enzym có tên papain, vốn thường thấy trong quả đu đủ vào trong một quy trình mạ nhúng tương đối đơn giản, các nhà khoa học đã có thể tạo ra những tấm màng titania hữu cơ mỏng. Cụ thể là “làm nóng các vật liệu hữu cơ trong lò nướng thông dụng, để chúng bay hơi là đã có các màng titania với cấu trúc xốp”, Tiến sĩ Duncan McMillan, một trong những thành viên của nhóm nghiên cứu giải thích.

Đảm bảo chất lượng

Từ quy trình sản xuất mới này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra những sản phẩm thử nghiệm đầu tiên: Pin mặt trời nhuộm màu tự nhiên nhạy quang (dye-sensitized solar cells).

Phương pháp sản xuất thông thường đòi hỏi phải có các hệ thống hút chân không cực mạnh hoặc thiết bị chuyên dụng để nung nóng mẫu pin ở nhiệt độ 600°C. Điều này không chỉ gây phức tạp, tốn kém, mà còn tạo ra các lớp không thể xếp chồng lên nhau, khiến diện tích bề mặt tấm pin bị hạn chế đáng kể. Trong khi phương pháp mới lại tiến hành theo cách ngược lại. Bằng cách cho lắng đọng enzyme trong vài phút, sau đó sử dụng lò nướng tiêu chuẩn để kích hoạt quá trình bay hơi cần thiết, các nhà khoa học đã thu được kết quả đáng kinh ngạc - có tới ít nhất 50 lớp Titania được xếp chồng lên nhau. Không chỉ vậy, các lớp Titania này còn có độ xốp rất cao, từ đó cho diện tích bề mặt lớn hơn. Nhóm nghiên cứu tin rằng điều này sẽ mang lại hiệu quả sử dụng pin mặt trời cao hơn khi kết hợp với các công nghệ hiện có".

Chi phí sản xuất giảm đáng kể

Nhờ quy trình sản xuất đơn giản cũng như có thể dễ dàng mở rộng quy mô, phương pháp mới đã mở ra khả năng sản xuất pin mặt trời chi phí thấp một cách bền vững, có thể được sử dụng đại trà ở nhiều vị trí như trên mái nhà dân, hay cửa sổ của các văn phòng.

Mục tiêu trong thời gian tới của nhóm nghiên cứu là nâng cao hiệu suất và tính ổn định của pin mặt trời bằng cách sử dụng các loại thuốc nhuộm khác nhau và điều chỉnh độ xốp của các lớp Titania.