Công nghệ mới này cho phép biến những tấm kính cửa sổ thông thường thành pin năng lượng mặt trời trong suốt, mở ra một kỷ nguyên mới cho việc tích hợp năng lượng sạch vào kiến trúc đô thị.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học uy tín PhotoniX đã giới thiệu một loại vật liệu đặc biệt: bộ tập trung năng lượng mặt trời nhiễu xạ tinh thể lỏng cholesteric (CUSC). Đây là một lớp phủ siêu mỏng sử dụng tinh thể lỏng cholesteric (CLC) với cấu trúc đa lớp độc đáo. Không giống với công nghệ quang điện truyền thống dễ gây biến dạng tầm nhìn hoặc tạo hiệu ứng màu sắc, CUSC hoạt động theo một cơ chế hoàn toàn khác.

Theo TS Dewei Zhang, tác giả chính của nghiên cứu, bằng cách điều chỉnh cấu trúc của màng CLC, nhóm đã tạo ra một hệ thống có khả năng chọn lọc và dẫn các tia sáng mặt trời có phân cực tròn vào bên trong tấm kính bằng hiện tượng nhiễu xạ. Ánh sáng sau đó sẽ được truyền đến các cạnh của cửa sổ, nơi các tế bào quang điện (PV) được lắp đặt sẵn một cách khéo léo. Nhờ đó, tấm kính vẫn giữ được độ trong suốt tự nhiên, đồng thời năng lượng mặt trời được thu gom và chuyển hóa thành điện năng một cách hiệu quả.

Công nghệ CUSC sở hữu những thông số kỹ thuật ấn tượng: độ trong suốt cao đạt 64,2% độ truyền sáng trung bình và chỉ số hoàn màu lên tới 91,3%. Đặc biệt, CUSC có thể chuyển hóa tới 38,1% năng lượng từ ánh sáng xanh chiếu vào. Các mô phỏng cho thấy một tấm kính CUSC rộng 2m² có thể tập trung ánh sáng mặt trời lên đến 50 lần so với cường độ bình thường, cho phép giảm tới 75% diện tích pin quang điện cần sử dụng và từ đó cắt giảm đáng kể chi phí vật liệu.

Ngoài ra, công nghệ này còn có khả năng mở rộng sản xuất hàng loạt thông qua quy trình cuộn-cuộn (roll-to-roll) và có độ bền cao, ổn định trước các yếu tố môi trường. Đáng chú ý, CUSC có thể dễ dàng lắp đặt thêm lên các cấu trúc cửa sổ hiện có, biến nó trở thành một giải pháp thiết thực cho việc nâng cấp bền vững quy mô lớn tại các đô thị. TS Wei Hu cho biết, đây là một chiến lược thực tế và có khả năng mở rộng để giảm phát thải carbon và đạt được sự tự chủ về năng lượng.

Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục cải thiện hiệu quả của công nghệ này và khám phá các ứng dụng tiềm năng ngoài các tòa nhà dân dụng, bao gồm nhà kính nông nghiệp và màn hình hiển thị năng lượng mặt trời trong suốt. Với những bước tiến này, công nghệ "cửa sổ biết tạo điện" không chỉ là một phát minh khoa học mà còn là lời giải cho bài toán năng lượng xanh, mở ra một tương lai nơi mọi công trình kiến trúc đều có thể tự sản xuất điện, góp phần xây dựng một thế giới bền vững hơn.

Phạm Tuấn