Từ hệ thống an ninh gia đình có kết nối Wi-Fi đến nhà vệ sinh thông minh, Internet vạn vật (IoT) mang đến khả năng cá nhân hóa và sự tiện lợi cho các thiết bị vận hành ngôi nhà. Nhưng kéo theo đó là cần thay thế dây điện hoặc pin. Giờ đây, các nhà nghiên cứu ở Đức đã đưa công nghệ tấm pin mặt trời vào trong nhà để cung cấp năng lượng cho các thiết bị thông minh. Các hệ thống quang điện hoạt động tốt nhất trong môi trường đèn LED ánh sáng trắng mát (loại đèn chiếu sáng phổ biến trong nhà), đã được xác định.

Ánh sáng trong nhà khác với ánh sáng mặt trời. Ánh sáng mặt trời bao gồm tia cực tím, tia hồng ngoại và ánh sáng khả kiến, trong khi đèn trong nhà thường phát ra ánh sáng từ vùng quang phổ hẹp hơn. Các nhà khoa học đã tìm cách khai thác năng lượng từ ánh sáng mặt trời bằng cách sử dụng các tấm pin quang điện mặt trời, nhưng các tấm pin đó không được tối ưu hóa để chuyển đổi ánh sáng trong nhà thành điện năng.

Một số vật liệu quang điện thế hệ mới bao gồm khoáng chất perovskite và màng hữu cơ, đã được thử nghiệm với ánh sáng trong nhà, nhưng vẫn chưa rõ vật liệu nào chuyển đổi hiệu quả nhất ánh sáng không tự nhiên thành điện năng. Nhiều nghiên cứu đã sử dụng các loại đèn đa dạng trong nhà để thử nghiệm pin quang điện được làm từ các vật liệu khác nhau. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã so sánh nhiều công nghệ pin quang điện trong cùng một loại hệ thống chiếu sáng trong nhà.

Nhóm nghiên cứu đã thu thập tám loại thiết bị quang điện từ silicon vô định hình truyền thống đến công nghệ màng mỏng như pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm. Các tác giả đã đo khả năng chuyển đổi ánh sáng thành điện năng của từng vật liệu, đầu tiên là trong điều kiện ánh sáng mặt trời mô phỏng và sau đó là ánh sáng đèn LED trắng mát.

Theo các nhà nghiên cứu, Pin quang điện Gali inđi photphua đạt hiệu suất cao nhất trong điều kiện ánh sáng trong nhà, chuyển đổi gần 40% ánh sáng thành điện năng. Như dự đoán của các nhà nghiên cứu, vật liệu chứa gali trong điều kiện ánh sáng mặt trời chỉ đạt hiệu suất rất khiêm tốn so với các vật liệu khác được thử nghiệm nhờ khoảng cách năng lượng (band gap) lớn. Vật liệu silicon tinh thể đạt hiệu suất cao nhất trong điều kiện ánh sáng mặt trời nhưng chỉ ở mức trung bình trong điều kiện ánh sáng trong nhà.

Gali inđi photphua chưa được sử dụng trong pin quang điện thương mại trên thị trường, nhưng nghiên cứu này cho thấy nó có tiềm năng vượt xa năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, vật liệu chứa gali đắt tiền nên khó triển khai đại trà để cung cấp năng lượng cho hệ thống nhà thông minh. Ngược lại, pin quang điện màng hữu cơ và khoáng chất perovskite có giá thành rẻ hơn và không gặp vấn đề về độ ổn định trong điều kiện ánh sáng trong nhà. Ngoài ra, trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã xác định được rằng một phần năng lượng từ ánh sáng trong nhà sản sinh nhiệt thay vì điện. Thông tin này sẽ giúp tối ưu hóa pin quang điện trong tương lai để cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong nhà.

N.P.D (NASATI), theo https://techxplore.com/news/2023-11-indoor-solar-power-internet.html, 9/11/2023