Ở ngoại ô Brandenburg an der Havel, Đức, có một nhà máy hứa hẹn sẽ cách mạng hóa tương lai của năng lượng mặt trời. Ở đó, công ty Oxford PV của Anh sản xuất pin mặt trời sử dụng perovskit, một loại vật liệu được nhiều người coi là chìa khóa cho tương lai của năng lượng mặt trời. Những tế bào này đại diện cho một loại công nghệ mới dựa trên perovskite, có thể thay đổi cục diện năng lượng tái tạo.
Nhà máy công nghệ năng lượng mặt trời
Nhà máy PV Oxford được bao quanh bởi vùng nông thôn yên tĩnh, nhưng bên trong, những cải tiến đang được phát triển có thể thay đổi hoạt động sản xuất năng lượng mặt trời. Chris Case, giám đốc công nghệ của công ty, mô tả nơi này là “nơi hiện thực hóa những khát vọng sâu sắc nhất của tôi”.
Oxford PV cùng với các công ty khác như QCells đã đặt niềm tin vào công nghệ perovskite. Vật liệu quang điện này, tương đối rẻ và dễ kiếm, đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc nâng cao hiệu quả của các tấm pin mặt trời. Trên thực tế, dự kiến các tấm pin mặt trời thương mại với tế bào perovskite-silicon sẽ được tung ra thị trường vào năm tới.
Đối với các công ty khác trong lĩnh vực này, Hanwha QCells đã công bố ý định đầu tư 100 triệu USD vào dây chuyền sản xuất pin mặt trời song song, tích hợp silicon và perovskite, một công nghệ sẽ đi vào hoạt động vào cuối năm 2024. Điều này cho thấy các thương hiệu lớn đang đặt cược vào rất nhiều vào sự đổi mới này.
Một loại pin mặt trời mới với công nghệ perovskite
Điều thú vị về pin mặt trời được làm bằng perovskite là khả năng thu được lượng ánh sáng mặt trời lớn hơn so với pin silicon thông thường. Bằng cách tích hợp cả hai vật liệu, thông qua cái được gọi là pin mặt trời song song, tổng hiệu suất chuyển đổi năng lượng có thể tăng lên. Trong khi chỉ riêng pin mặt trời silicon có thể đạt hiệu suất lên tới 26%, thì pin song song perovskite dễ dàng vượt quá giới hạn đó, đạt tới 31,6%, như Viện Fraunhofer đã chứng minh gần đây.
Các tế bào song song có lợi thế là thu được phạm vi bước sóng mặt trời lớn hơn. Điều này cho phép sản xuất năng lượng cao hơn tới 20% so với tế bào silicon truyền thống. Tuy nhiên, chi phí ban đầu của perovskites vẫn là một thách thức, mặc dù những người đề xuất công nghệ lưu ý rằng ở các khu đô thị đông đúc hoặc các khu công nghiệp nơi đất đai hạn chế, việc sản xuất điện tăng lên sẽ nhanh chóng bù đắp các chi phí bổ sung.
Tác động của loại pin mặt trời perovskite mới
Tác động của công nghệ này là đáng kể. Không giống như tế bào silicon, tế bào perovskite có thể được sản xuất ở nhiệt độ thấp hơn nhiều, giúp giảm chi phí sản xuất. Ngoài ra, chúng linh hoạt hơn, nhẹ hơn và có thể được áp dụng cho các bề mặt đa dạng hơn, chẳng hạn như ban công hoặc thậm chí khung cửa sổ.
Thị trường năng lượng mặt trời dự kiến sẽ cần tới Công suất 75 terawatt (TW) lắp đặt vào năm 2050 so với 1,2 TW hiện nay. Bất chấp những tiến bộ trong perovskite, thách thức vẫn là độ bền của chúng. Mặc dù vậy, những tiến bộ quan trọng trong vật liệu và xử lý bề mặt, chẳng hạn như sự thụ động, đang cải thiện đáng kể sự ổn định lâu dài của họ.
Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng quá trình thụ động sử dụng aminosilane có thể cải thiện cả hiệu quả và độ ổn định hoạt động của tế bào perovskite. Nhờ những phương pháp xử lý này, có thể giữ lại tới 95% hiệu suất ban đầu sau 1.500 giờ sử dụng trong điều kiện khắc nghiệt.
Kỷ lục về hiệu quả
Pin mặt trời Perovskite đã phát triển rất nhanh chóng. Trong khi vào năm 2009, họ hầu như không thể chuyển đổi 3,8% ánh sáng mặt trời thành năng lượng, thì các phiên bản hiện tại đã đạt hiệu suất 26,1% và thậm chí là 31,6% ở dạng song song với silicon, như chúng tôi đã đề cập trước đó.
Ngoài ra, một số phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đang khám phá các phiên bản tiên tiến hơn của các tế bào này, chẳng hạn như tế bào song song perovskite-perovskite, loại bỏ hoàn toàn silicon và đã đạt được hiệu suất 28,49%. Mặc dù các phiên bản này vẫn đang được phát triển nhưng chúng mang lại khả năng tạo ra năng lượng lớn hơn nhờ khả năng thu được các phần khác nhau của quang phổ mặt trời bằng vật liệu rẻ hơn nhiều so với silicon.
Về mặt thực tế, những tiến bộ này không chỉ vượt qua các giới hạn truyền thống của pin mặt trời mà còn có thể giảm chi phí chung của các công nghệ này, khiến chúng dễ tiếp cận và linh hoạt hơn cho nhiều ứng dụng. Đây là chìa khóa cho việc áp dụng hàng loạt năng lượng mặt trời trên toàn thế giới.
Với tất cả những đổi mới này, mặc dù vẫn còn những thách thức cần giải quyết, chẳng hạn như suy thoái do độ ẩm hoặc nhiệt, perovskite đang trên đường tạo ra một cuộc cách mạng thực sự trong ngành năng lượng tái tạo. Nếu những tiến bộ về độ bền có thể sánh ngang với những tiến bộ về hiệu quả, thì perovskites có khả năng vượt qua các công nghệ hiện tại và thay đổi hoàn toàn cách thế giới tiêu thụ năng lượng mặt trời.
Khi công nghệ này tiếp tục phá hết kỷ lục này đến kỷ lục khác, không còn nghi ngờ gì nữa, chúng ta đang ở trên đỉnh của một kỷ nguyên mới cho năng lượng mặt trời, một kỷ nguyên mà năng lượng sạch sẽ hiệu quả, dễ tiếp cận và khả thi hơn bao giờ hết.