Tượng đài công nghệ toàn cầu chứng minh năng lực

Việc Trung Quốc gần như độc quyền trên thị trường năng lượng mặt trời đã thúc đẩy Mỹ và các đồng minh tăng cường tìm kiếm các giải pháp. Các kỹ sư tin rằng họ đã tìm thấy một loại pin mặt trời trông giống như phim máy ảnh.

Các công ty Trung Quốc kiểm soát hơn 80% chuỗi cung ứng toàn cầu về các tấm pin mặt trời silicon. Thị phần của Trung Quốc về polysilicon – vật liệu cốt lõi cho các tấm pin, thậm chí còn cao hơn. Cơ quan Năng lượng Quốc tế nhận định: “Thế giới sẽ gần như hoàn toàn phụ thuộc vào Trung Quốc trong việc cung cấp vật liệu quan trọng cho sản xuất tấm pin mặt trời cho đến năm 2025”.

Tại Mỹ, chính quyền Tổng thống Joe Biden đang tìm cách xây dựng chuỗi cung ứng trong nước về tấm pin mặt trời. Nhật Bản cũng đang tìm kiếm giải pháp mới với tấm pin mặt trời perovskite không sử dụng silicon.

Được phát minh bởi nhà khoa học Nhật Bản Tsutomu Miyasaka, các tế bào sử dụng khoáng chất tạo thành cấu trúc tinh thể gọi là perovskite – có thể được sử dụng trong thiết bị biến tia nắng mặt trời thành điện năng.

Một yếu tố quan trọng trong sản xuất perovskite là iốt. Mặc dù không phải là một cường quốc về tài nguyên nhưng Nhật Bản lại là nước sản xuất iốt lớn thứ hai thế giới khi chiếm khoảng 1/3 sản lượng toàn cầu, chỉ sau Chile.

Các tế bào Perovskite đã được nghiên cứu trong hơn một thập kỷ. Ban đầu, chúng không thể sánh bằng tế bào silicon về hiệu quả biến ánh sáng thành điện và có xu hướng thoái hóa trong điều kiện ẩm ướt. Vì vậy, perovskite đã được sử dụng bên trong các tấm silicon với lớp phủ thủy tinh để tăng hiệu quả.

Giờ đây, các tế bào chỉ chứa perovskite đã bắt kịp hoặc thậm chí vượt qua các đối thủ silicon, với tỷ lệ chuyển đổi cao tới 25% hoặc hơn, dữ liệu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cho thấy. Ở các tấm silicon thương mại thông thường, tỷ lệ này là khoảng 18%-22%.

Thách thức hiện nay là làm cho chi phí có thể cạnh tranh được với tấm pin silicon và giải quyết vấn đề độ ẩm.

Các nhà khoa học cho biết perovskite khác biệt vì độ nhẹ và linh hoạt. Lớp perovskite tinh thể chỉ dày một micron, tạo ra một tế bào có trọng lượng bằng 1/10 và độ dày bằng 1/20 so với pin mặt trời hiện tại. Chúng có thể được lắp đặt trên tường hoặc bề mặt cong và tạo ra điện dưới ánh nắng yếu, ngay cả trong nhà.

Thủ tướng Nhật Bản Fumio Kishida đã cam kết sẽ biến công nghệ này thành hiện thực về mặt thương mại trong hai năm. Nhật Bản nhập khẩu gần 90% năng lượng kể từ khi đóng cửa hầu hết các nhà máy hạt nhân sau thảm họa hạt nhân Fukushima năm 2011.

Mục tiêu của Thủ tướng Kishida rất tham vọng nhưng các kỹ sư và quan chức Nhật Bản tỏ ra lạc quan với những tiến bộ công nghệ gần đây.

Sekisui Chemical, đơn vị cung ứng cho các nhà sản xuất màn hình, đang giải quyết vấn đề độ ẩm. Họ cho biết họ đã phát triển chất bịt kín cho phép tế bào tồn tại được 10 năm. Sekisui đang thử nghiệm tế bào perovskite ngoài trời trên các bề mặt không phù hợp với tấm silicon. Takeharu Morita, giám đốc dự án cho biết, công ty đã sản xuất thử nghiệm cuộn phim dài 30 cm và lên kế hoạch sản xuất thương mại vào năm 2025.

EneCoat Technologies cũng đang tập trung vào việc sử dụng perovskite trong nhà và cho các thiết bị nhỏ hơn. Công ty có kế hoạch bắt đầu sản xuất thương mại các loại pin để sử dụng trong nhà vào cuối năm nay.

Các công ty Nhật Bản cũng cảm nhận được sức nóng từ Trung Quốc. DaZheng (Jiangsu) Micro Nano Technology cho biết họ đã bắt đầu sản xuất thương mại tế bào perovskite vào năm 2022 và có kế hoạch tăng công suất lên gấp 10 lần.

Nhiều kỹ sư tin rằng Nhật Bản vẫn có lợi thế về công nghệ, vì việc tạo ra lớp perovskite siêu mỏng đồng nhất đòi hỏi sự khéo léo chính xác, vốn là một thế mạnh của ngành sản xuất Nhật Bản.

Các công ty Nhật Bản ban đầu thống trị thị phần sản xuất các tấm silicon toàn cầu, nhưng sau đó bị các đối thủ Trung Quốc vượt mặt khi đầu tư vốn mạnh vào cơ sở sản xuất và giảm giá thành.

Tokyo đã chi hơn 400 triệu USD để giúp các công ty sản xuất hàng loạt tế bào perovskite. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã ban hành một chương trình trị giá 29 triệu USD trong năm tài chính 2022 để hỗ trợ các công nghệ năng lượng mặt trời, bao gồm cả perovskite.

Theo WSJ