Pin mặt trời bán trong suốt thúc đẩy sự phát triển của cây trồng trong nhà kính

Các trang trại năng lượng mặt trời và nông nghiệp thông thường đang cạnh tranh để giành lấy đất đai, và cuộc xung đột đó có thể sẽ chỉ trở nên tồi tệ hơn khi nhu cầu của chúng ta đối với cả hai đều tăng lên. Các nhà khoa học tại UCLA hiện đã thử nghiệm một cách kết hợp cả hai bằng cách đặt pin mặt trời bán trong suốt trên mái kính của nhà kính, phát hiện ra rằng chúng thực sự có thể cải thiện sự phát triển của thực vật bên trong.

Nhà kính và năng lượng mặt trời đều cần nhiều ánh sáng mặt trời, vì vậy không có gì ngạc nhiên khi các kỹ sư đã thử nghiệm xây dựng chúng thành những cấu trúc giống nhau. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng về cơ bản, đây là một tình huống đôi bên cùng có lợi – các tấm pin mặt trời bán trong suốt có thể tạo ra một lượng điện kha khá, đồng thời không làm cây trồng thiếu ánh nắng mặt trời quan trọng. Trong một số trường hợp, thực vật thậm chí còn phát triển mạnh dưới đó.

Đối với nghiên cứu mới, nhóm UCLA đã điều tra một vài điều chỉnh đối với một công thức hiện có. Họ bắt đầu với pin mặt trời hữu cơ, được làm từ vật liệu carbon và có thể được chế tạo thành pin mặt trời trong suốt, linh hoạt. Điều đó nghe có vẻ hoàn hảo cho việc sử dụng trong nhà kính, nhưng nhược điểm là những vật liệu hữu cơ này sẽ phân hủy nhanh chóng dưới ánh sáng mặt trời.

Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã thêm một thành phần mới – một lớp hóa chất gọi là L-glutathione, để ngăn các vật liệu hữu cơ khỏi bị oxy hóa và phân hủy. Trong các thử nghiệm, pin mặt trời hữu cơ có và không có lớp bảo vệ này được đặt dưới bức xạ mặt trời trong 1.000 giờ sử dụng liên tục. Và chắc chắn, những chiếc có lớp bổ sung giữ lại hơn 84% hiệu quả ban đầu, trong khi những chiếc không có lớp này giảm xuống dưới 20% trong thời gian đó.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đưa pin mặt trời hoạt động trong mô hình nhà kính, trồng lúa mì, đậu xanh và bông cải xanh. Mỗi loại cây trồng được trồng ở một trong hai nhà kính – một nhà kính có mái bằng kính trong suốt được điểm xuyết bằng các đoạn pin mặt trời vô cơ và nhà kính kia có mái hoàn toàn bằng pin mặt trời hữu cơ bán trong suốt.

Các tế bào hữu cơ đã chứng minh hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 13,5% và cho phép 21,5% ánh sáng khả kiến ​​đi qua. Nhưng có vẻ như thế là đủ – thực vật bên trong những nhà kính này phát triển, một cách đáng ngạc nhiên, thậm chí còn tốt hơn so với những cây trồng trong nhà kính truyền thống. Nhóm nghiên cứu cho rằng điều này là do lớp L-glutathione đã chặn tia cực tím có thể gây hại cho thực vật và tia hồng ngoại có thể làm nhà kính nóng lên quá nhiều.

Yepin Zhao, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi không mong đợi các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ hoạt động tốt hơn một nhà kính mái kính thông thường. “Nhưng chúng tôi đã lặp lại các thí nghiệm nhiều lần với cùng kết quả và sau khi nghiên cứu và phân tích sâu hơn, chúng tôi phát hiện ra rằng thực vật không cần nhiều ánh sáng mặt trời để phát triển như chúng tôi nghĩ ban đầu. Trên thực tế, việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời quá nhiều có thể gây hại nhiều hơn là có lợi, đặc biệt là ở những vùng khí hậu như California, nơi có nhiều ánh sáng mặt trời hơn.”

Nhóm nghiên cứu hiện đã thành lập một công ty khởi nghiệp để mở rộng quy mô sản xuất thương mại các pin mặt trời hữu cơ này.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Thiên nhiên bền vững.

Nguồn: UCLA