- Trang Chủ
- Năng lượng
- Nâng cao hiệu suất module pin quang điện cho buồng thu năng lượng của máy sấy nông sản
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
NÂNG CAO HIỆU SUẤT MODULE PIN QUANG ĐIỆN
CHO BUỒNG THU NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY SẤY NÔNG SẢN
Trần Thị Chung Thuỷ
Trường Đại học Thuỷ lợi, email: tranchungthuy@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG Như đã biết, hiệu suất chuyển đổi năng
Máy sấy nông sản dùng năng lượng mặt lượng của các module pin quang điện phụ
trời là một trong các ứng dụng khá phổ biến thuộc nhiều vào công nghệ chế tạo, cấu trúc
và hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời vô tận của pin. Pin cấu trúc đa lớp ITO/PEDOT + nc
và quý giá. –TiO2/MEH-PPV/Al thay thế cho các pin
Các kết quả chế tạo, nghiên cứu và khảo đơn lớp là một trong các giải pháp nhằm tăng
sát sự hoạt động của máy sấy nông sản dùng hiệu suất chuyển đổi năng lượng [5].
năng lượng mặt trời, trong đó buồng thu năng Hiệu suất của pin được tiếp tục cải thiện
lượng mặt trời có nhiệm vụ thu nhận và nhờ cấu trúc đa lớp với lớp truyền điện tử
chuyển đổi quang năng thành nhiệt năng đã LiF/Alq3, có tác dụng tăng hiệu suất truyền
được báo cáo [2], [3]. điện tử về các điện cực âm của pin, làm tăng
Hiệu suất chuyển đổi quang năng của máy dòng quang điện cho mạch ngoài.
tiếp tục được cải thiện nhờ phương án tích Trong báo cáo này, các kết quả chế tạo và
hợp đồng thời cơ chế chuyển đổi năng lượng khảo sát tính chất quang điện của module pin
mặt trời thành nhiệt (hiệu ứng nhà kính) và mặt trời cấu trúc 06 lớp ITO/PEDOT + nc –
điện (hiệu ứng quang điện) [4]. Thế hệ máy TiO2 /MEH-PPV/LiF/Alq3/Al được trình bày
sấy này được bổ sung thêm các module pin chi tiết.
mặt trời hữu cơ nhằm chuyển đổi quang năng
thành điện năng để làm quay hệ thống quạt, 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
hỗ trợ quá trình sấy khô được nhanh và hiệu
quả hơn (Hình 1). Lớp nhạy quang của module pin mặt trời
được chế tạo bằng công nghệ quay phủ li tâm
dung dịch gồm 2 mg polymer MEH-PPV + 1
ml dung môi xylene. Tốc độ quay phủ màng
là 1500 vòng/ phút.
Lớp truyền lỗ trống được chế tạo từ tổ hợp
PEDOT và các hạt nanô TiO2 có kích thước
hạt trung bình là 5 nm.Bột nanô TiO2 được
hòa trộn vào dung dịch PEDOT-PSS, tỷ lệ
phần trăm khối lượng của TiO2 trong hỗn
hợp 30% (30% wt). Dung dịch được khuấy
bằng máy khuấy từ và rung siêu âm trong 8
Hình 1. Mô hình máy sấy nông sản dùng giờ để phân tán các hạt nanô TiO2.
năng lượng mặt trời, có buồng thu năng Lớp truyền điện tử LiF/Alq3 được chế tạo
lượng tích hợp việc thu nhận và chuyển đổi bằng phương pháp bốc bay nhiệt trong điều
năng lượng mặt trời thành nhiệt và điện [3] kiện chân không cao, cỡ 10-5 torr.
588
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Các lớp màng chức năng của pin được xử Kết quả khảo sát đặc trưng dòng - thế (J-
lý khô trong chân không ở điều kiện áp suất V) ở nhiệt độ môi trường làm việc thông
1,5 MPa. Các điện cực dương (ITO) và điện thường là 50 oC (đường cong có chỉ số 5
cực âm (Al) được bốc bay nhiệt trong điều trong hình 4) cho thấy pin mặt trời cấu trúc
kiện chân không cao, cỡ 10-5 torr. 06 lớp ITO/PEDOT + nc –TiO2 /MEH-
Các module pin mặt trời được chế tạo với PPV/LiF/Alq3/Al có điện thế ngưỡng hoạt
kích thước 2 mm 2,5 mm 0,003 mm, gồm động là 1,25 V, với mật độ dòng đạt giá trị 20
sáu lớp ITO/PEDOT + nc- TiO2/ MEH- mA/cm2, tương ứng với hiệu suất quang điện
PPV/LiF/Alq3/Al trên đế thuỷ tinh. là 8,3%.
Độ hấp thụ của màng truyền điện tử được
khảo sát bằng hệ đo UV – VIS – NIR Jasco
V570, chiều dày màng được khảo sát bằng
phép đo trên hệ Anpha – Step IQ Profiler.
Hiệu suất hoạt động của pin được khảo sát
bằng phép đo đặc trưng mật độ dòng thế (J-V).
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Vật liệu hữu cơ Alq3 được sử dụng làm lớp
truyền điện tử (ETL: electronic transport
layer), còn màng siêu mỏng nc-LiF (dưới 10
nm) được sử dụng làm lớp tiếp xúc nông
(SCL: Shallow Contact Layer). LiF được chế
Hình 3. Đặc trưng J-V của module pin
tạo bằng cách bốc bay nhiệt lên trên Alq3 để
mặt trời 6 lớp phụ thuộc nhiệt độ
tạo tiếp xúc Al/LiF/Alq3 thay cho tiếp xúc
môi trường làm việc
Al/Alq3, nhằm làm tăng mật độ truyền điện
tửtừAlq3sang catôt, dẫn đến tăng mật độ dòng Trong khi đó, linh kiện 04 lớp có điện thế
quang điện ngoài cho linh kiện. ngưỡng điện áp ngưỡng hoạt động là 1,25 V,
Hình 2 thể hiện phổ hấp thụ của màng mật độ dòng điện đạt giá trị 10 mA/cm2,
Alq3 và màng tổ hợp Alq3/LiF. Phổ hấp thụ tương ứng với hiệu suất quang điện là 7%
của màng tổ hợp Alq3/nc-LiF có đỉnh hấp thụ [4]. Kết quả này cho thấy linh kiện 06 lớp có
tương tự như của màng Alq3 nhưng độ hấp hiệu suất chuyển đổi quang điện cao hơn linh
thụ giảm khi độ dày của màng tăng. Kết quả kiện 04 lớp, hứa hẹn có triển vọng ứng
cho thấy, màng tổ hợp Alq3/nc-LiF có độ dụngnếu tiếp tục được cải tiến trong các
rộng vùng cấm không thay đổi so với độ rộng nghiên cứu tiếp theo
vùng cấm của Alq3. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên đặc trưng J-V
của linh kiện cũng được khảo sát (Hình 4).
Các thông số của module thường được kiểm
nghiệm ở nhiệt độ 30C. Trong quá trình sản
xuất điện, các module pin mặt trời thường bị
nóng lên do bức xạ nhiệt, dẫn đến công suất
giảm. Kết quả cho thấy điện áp ngưỡng hoạt
động giảm khi nhiệt độ tăng: từ giá trị 1,3V
tại nhiệt độ phòng đã giảm dần xuống còn
1,25V; 1,1V và 1,05V tương ứng tại nhiệt độ
Hình 2. Phổ hấp thụ của màng truyền điện tử 50C, 70C và 90C. Điều này cho thấy ở
Alq3 thuần khiết (a) và tổ hợp nhiệt độ cao, chuyển động nhiệt đã giúp cho
hữu cơ/vô cơ Alq3/LiF (b) các điện tích dễ dịch chuyển về các điện cực.
589
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Hình 4 thể hiện giản đồ các mức năng lượng hoạt động là 1,1 V, mật độ dòng điện đạt giá
của pin mặt trời 6 lớp. Kết quả cho thấy các trị 20 mA/cm2, tương ứng với hiệu suất
điện tử và lỗ trống sau khi được tạo ra trong chuyển đổi quang điện là 8,3%. Hiệu suất
lớp nhạy quang nhờ hiệu ứng quang điện, có này được đánh giá là cao hơn so với linh kiện
thể dễ dàng truyền tải về các điện cực anot và 4 lớp đã được chế tạo, nghiên cứu và thể hiện
catot nhờ có các mức năng lượng trung gian. trong báo cáo [5].
Hình 4. Giản đồ các mức năng lượng
của pin mặt trời cấu trúc
ITO/PEDOT/MEH-PPV/Alq3/LiF/Al
Như đã biết, độ linh động của điện tử và lỗ Hình 5. Đặc trưng J - V của pin mặt trời
trống là khác nhau. Thêm nữa, trong các 6 lớp đo tại các thời điểm khác nhau
polymer dẫn, các điện tử dễ bị bắt tại các bẫy.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Do vậy, rất khó để tạo ra sự cân bằng của
dòng tiêm điện tử và dòng tiêm lỗ trống. [1] C.L. Hii, S.V. Jangam, S.P. Ong and
Điều này dẫn đến hiệu suất chuyển đổi quang A.S.Mujmdar. 2012. “Solar Drying:
điện không cao. Nhờ bổ sung thêm các lớp Fundamentals, Applications and
truyền lỗ trống và điện tử, mà dòng tiêm điện Innovations”, ISBN: 978-981-07-3336-0.
tử và lỗ trống về các điện cực được cân bằng [2] Trần Chung Thủy. 2015. “Tính toán diện
tích tấm hấp thụ năng lượng cho buồng hấp
hơn. Do đó tăng hiệu suất chuyển đổi quang
thụ nhiệt của máy sấy nông sản dùng năng
điện của pin. lượng Mặt trời”, Tuyển tập báo cáo HNKH
Độ bền của các module pin mặt trời cũng - ĐHTL.
được khảo sát bằng các kết quả đo đặc trưng [3] Trần Chung Thủy. 2016. “Chế tạo máy sấy
J-V tại các thời điểm khảo sát khác nhau nông sản mini dùng năng lượng Mặt trời”,
(Hình 5). Kết quả cho thấy tuổi thọ của các Tuyển tập báo cáo HNKH – ĐHTL
module đặc trưng J-V của linh kiện giảm sau [4] Trần Chung Thủy. 20.17. “Nghiên cứu chế
các khoảng thời gian tĩnh (thời gian cất giữ tạo và khảo sát sự hoạt động của module pin
linh kiện tại nơi khô ráo, trong điều kiện chưa quang điện cho buồng thu năng lượng của
đóng vỏ), thể hiện ở giá trị điện áp ngưỡng máy sấy nông sản mini dùng năng lượng Mặt
hoạt động tăng, dòng giảm. Các nghiên cứu trời”, Tuyển tập báo cáo HNKH – ĐHTL.
về vai trò của lớp vỏ bảo vệ, trong suốt cho [5] Trần Chung Thủy. 2018. “ Nâng cao hiệu
suất module pin quang điện cho buồng thu
linh kiện được trình bày trong các nghiên cứu
năng lượng của máy sấy nông sản dùng
tiếp theo. năng lượng mặt trời nhờ lớp truyền lỗ trống
PEDOT + nc-TiO2”, Tuyển tập báo cáo
4. KẾT LUẬN
HNKH – ĐHTL.
Đã chế tạo được các module pin mặt trời
có kích thước 2 mm x 2,5 mm x 0,003 mm,
cấu trúc 6 lớp ITO/PEDOT + nc – TiO2
/MEH-PPV/LiF/Alq3/Al, có điện áp ngưỡng
590
nguon tai.lieu . vn
