Các pin mặt trời bán dẫn hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng của các photon đến để làm tăng các electron từ các dải hoá trị của chất bán dẫn tới dải hoá trị của chất dẫn. Một hàng rào tiềm tàng được hình thành ở điểm nối giữa các vùng dạng p và các vùng dạng n của chất bán dẫn buộc các cặp này tách ra, vì thế sản sinh ra dòng điện. Hiệu suất của một pin mặt trời được đo bằng việc nó sản sinh ra bao nhiêu điện năng so với năng lượng mặt trời mà nó hấp thu được. Các pin chứa một điểm nối p-n được chế tạo từ một khối bán dẫn có hiệu suất về lý thuyết tối đa là 31% còn các thiết bị thương mại có hiệu suất tốt nhất đạt khoảng 18%.

 Một phương pháp mà các nhà khoa học đang cố gắng thực hiện để vượt qua giới hạn này là chế tạo các pin từ hàng tỷ mảnh bán dẫn cực nhỏ, còn được gọi là chấm lượng tử, thay vì từ một khối bán dẫn lớn. Lý do là bởi chúng có thể hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn và cũng có thể tạo ra nhiều hạt tích điện từ mỗi một photon đến, một quy trình được gọi là "tăng hạt tích điện". Nhưng thật không may, các hạt tích điện ở các chấm lượng tử không di động như ở các khối bán dẫn và thường bị mắc lại ở các tạp chất tinh thể. Ngoài ra, các hạt tích điện bất động cũng bị hút bởi các hạt mang điện trái chiều gần đó và kết hợp với nhau chúng sẽ tiêu huỷ và phát ra một photon theo đúng quy trình đảo với quy trình tạo ra các hạt tích điện ban đầu.

 Nhóm nghiên cứu Anh-Mỹ đã khắc phục được những rắc rối này bằng cách kết hợp khả năng hấp thụ ánh sáng của các chấm lượng tử với khả năng phát điện của một khối bán dẫn. Để chứng minh điều này, họ khắc một dãy các kênh vuông góc rộng khoảng 500 nm vào một cấu trúc bán dẫn có lớp. Cấu trúc này bao gồm một lớp giếng đa lượng tử (MQW) được kẹp giữa một lớp dạng p và một lớp dạng n. Lớp MQW bao gồm 20 lớp gali acxênit, mỗi một lớp dày 7,5nm. Sau đó họ lắng một dung dịch gồm các chấm lượng tử catmi selen, mỗi một chấm có đường kính vài nm lên trên cấu trúc. Họ nhận thấy, cấu trúc có các chấm lượng tử này đạt hiệu suất cao gấp 6 lần so với cấu trúc không có các chấm lượng tử thông thường.

 Hiện tại, nhóm đang thiết kế các thiết bị kết hợp tính chất chuyển hoá năng lượng phi bức xạ này với quy trình làm tăng các hạt tích điện bằng kỹ thuật biến đổi điểm nối p-n và lựa chọn vật liệu cho các chấm lượng tử. Nhóm cho biết, những linh kiện này sẽ đạt hiệu suất vượt quá giới hạn 31% hiệu suất tối đa.

(Theo Physicsworld)