Chứng minh "hiệu ứng thác" trong tế bào quang

“Hiệu ứng thác”(avalanche effect) – được tạo ra bởi các điện tử sinh ra trong những tinh thể bán dẫn cực nhỏ và đặc thù – được phát hiện và đo lường lần đầu tiên vào năm 2004 bởi các nhà nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos (Mỹ). Tuy nhiên, từ đó đến nay, giới khoa học vẫn hoài nghi về sự tồn tại của hiệu ứng thác.

Mới đây, nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Kỹ thuật Delft (Hà Lan) đã xác lập những chứng cứ không thể bác bỏ được về hiệu ứng thác. Trong nghiên cứu của mình, giáo sư Laurens Siebbeles đã chứng minh hiệu ứng thác thực sự xảy ra trong các tinh thể nano của selenua chì (lead selenide – PbSe).

Theo các chuyên gia, việc ứng dụng tế bào quang điện (solar cell) đang mở ra cơ hội to lớn cho việc sản xuất điện qui mô lớn trong tương lai. Tuy nhiên, hiện tồn tại những hạn chế đáng kể, chẳng hạn như đa số các tế bào quang điện đều có công suất tương đối thấp (chỉ khoảng 15%) và chi phí sản xuất cao.

Nhóm nghiên cứu của giáo sư Siebbeles đã khắc phục những hạn chế đó bằng cách sử dụng một dạng tế bào quang điện được chế tạo bằng những tinh thể nano bán dẫn (có kích thước tính bằng nano mét). Trong các tế bào quang điện qui ước, 1 photon (lượng tử ánh sáng) chỉ có thể phóng thích đúng 1 điện tử mà thôi.

Sự tạo ra điện tử tự do này là dấu hiệu cho biết tế bào quang điện đó hoạt động tốt và có khả năng cung cấp điện. Càng có nhiều điện tử được phóng thích thì công suất của tế bào quang điện càng cao.

Tuy nhiên, trong một số loại tinh thể nano bán dẫn (semiconducting nanocrystals), 1 photon có khả năng phóng thích 2 đến 3 điện tử, từ đó tạo ra hiệu ứng thác. Về lý thuyết, hiện tượng này có thể tạo ra một công suất tối đa là 44% trong một tế bào quang điện có chứa những tinh thể nano bán dẫn phù hợp. Hơn nữa, chi phí sản xuất những tế bào này tương đối rẻ.

Nhờ sử dụng các phương pháp laser cực nhanh để đo lường một cách chính xác và chi tiết, nghiên cứu của giáo sư Siebbeles được đánh giá là đáng tin cậy hơn những nghiên cứu khác thuộc lĩnh vực này.

Kết quả nghiên cứu của giáo sư Siebbeles và các cộng sự sẽ được công bố trên tập san khoa học Nano Letters trong thời gian sắp tới. Ông Siebbeles tin rằng phát hiện mới này sẽ mở đường cho những khám phá sâu rộng hơn về bí mật của hiệu ứng thác. 

Nguồn: khoahoc.com.vn (13/06/08)