Các công ty hiện đang thương mại hóa công nghệ quang điện sử dụng vật liệu perovskite-silicon cho rằng các tấm pin năng lượng mặt trời này sẽ có năng suất cao hơn và làm chi phí sản xuất điện rẻ hơn thị trường.
Ở ngoại ô Brandenburg an der Havel, Đức, ẩn mình giữa các đại lý ô tô và cửa hàng phần cứng, có một nhà máy hai tầng chứa đầy bí mật về công nghệ năng lượng mặt trời. Đây là nơi công ty Oxford PV của nước Anh đang sản xuất pin mặt trời thương mại sử dụng perovskites: vật liệu quang điện (PV) giá rẻ, giàu nguồn cung mà một số người ca ngợi là tương lai của năng lượng xanh. Tuy bao quanh bởi những bãi cỏ nhếch nhác và một bãi đậu xe đầy cỏ dại, nhà máy này lại là nôi khiêm tốn cho một công nghệ có khả năng làm thay đổi ngành công nghiệp này và Chris Case, giám đốc công nghệ của công ty, rất yêu thích địa điểm này. Anh ấy nói: “Đây là nơi quy tụ những giấc mơ của cuộc đời tôi”
Công ty này là một trong hơn chục công ty đang đánh cược rằng vật liệu perovskite giờ đây đã sẵn sàng để đẩy hết tốc lực quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu sang năng lượng tái tạo. Hiện đã có một số sản phẩm ngách về quang điện sử dụng vật liệu perovskite trên thị trường, nhưng các thông báo trong năm nay báo hiệu rằng nhiều sản phẩm khác cũng sẽ sớm tham gia thị trường. Ông Case nói rằng người dùng cuối sẽ có được những tấm pin mặt trời làm từ tế bào quang điện của Oxford PV vào khoảng giữa năm tới. Vào tháng 5, nhà sản xuất pin mặt trời silicon lớn, Hanwha Qcells, có trụ sở chính tại Seoul, cho biết họ có kế hoạch đầu tư 100 triệu USD vào một dây chuyền sản xuất thí điểm có thể đi vào hoạt động vào cuối năm 2024.
Silicon là vật liệu đặc trưng bên trong 95% tấm pin mặt trời được sản xuất. Thay vì phải thay thế, Oxford PV, Qcells và những công ty khác đang tận dụng vật liệu này- xếp lớp perovskite lên silicon để tạo ra cái gọi là tế bào song song. Vì mỗi vật liệu hấp thụ năng lượng từ các bước sóng khác nhau của ánh sáng mặt trời, nên các tế bào song song có thể tạo ra năng lượng nhiều hơn ít nhất 20% so với chỉ riêng một tế bào silicon và một số nhà khoa học còn dự đoán mức năng lượng sản xuất cao hơn thế nữa.
Những người ủng hộ sử dụng vật liệu Perovskite cho rằng lượng điện bổ sung này có thể dễ dàng bù đắp chi phí tăng thêm từ việc sản xuất các tế bào song song, đặc biệt là ở các khu vực đô thị đông đúc hoặc các khu công nghiệp nơi giá trị đất đai rất cao. Case cho biết: “Nhu cầu ban đầu lớn nhất cho sản phẩm của chúng tôi đến từ khu vực cung cấp dịch vụ tiện ích vì là họ không có đủ diện tích khả dĩ để sản xuất quang điện”.
Khi tế bào quang điện perovskite-silicon tiến gần hơn đến thị trường, sự phấn khích đã dẫn đến một số bài báo dự đoán rằng một “vật liệu kỳ diệu”, “mang tính cách mạng” “sắp thay đổi thế giới”. Tuy vậy trên thực tế, ngành năng lượng đang phải đối mặt với ít nhất hai thách thức lớn trong cuộc chiến thay đổi thị trường năng lượng mặt trời bằng công nghệ mới này.
Đầu tiên, nghiên cứu được công bố cho thấy hiệu suất của perovskites giảm nhanh hơn nhiều so với silicon khi chúng tiếp xúc với độ ẩm, nhiệt độ và thậm chí cả ánh sáng. Oxford PV cho biết họ đã thực hiện các nghiên cứu không công khai để khắc phục vấn đề này. Fabian Fertig, giám đốc nghiên cứu và phát triển tấm năng lượng và tế bào năng lượng mặt trời, người đứng đầu bộ phận phát triển tế bào quang điện perovskite-silicon của công ty Qcells cho biết: “Đối với sản xuất thương mại, tôi có thể nói rằng thách chính về sự ổn định vẫn còn tồn tại”.
Thứ hai, một số nhà phân tích nhận thấy ít nhất trong thời điểm ngắn hạn, rằng vật liệu perovskite phần lớn không có tác động đến sự phát triển của ngành năng lượng mặt trời. Các mô-đun silicon đã trở nên cực kỳ rẻ và hiệu quả trong thập kỷ qua, và các công ty ở Trung Quốc tiếp tục mở rộng năng lực sản xuất với tốc độ đáng kinh ngạc. Vào năm 2022, thế giới có khoảng 1,2 terawatt (TW) công suất phát điện từ năng lượng mặt trời, cung cấp khoảng 5% sản lượng điện toàn cầu. Các chiến lược gia về năng lượng cho rằng thế giới sẽ cần 75 TW vào năm 2050 để đáp ứng các mục tiêu về khí hậu. Tuy mục tiêu này đòi hỏi công suất lắp đặt phải tăng trên 3 TW mỗi năm vào giữa năm 2030 nhưng ngành công nghiệp quang điện silicon dự kiến sẽ đạt được mục tiêu và khiến đây trở thành một trong những lĩnh vực công nghệ xanh hiếm hoi đang thực hiện đúng lộ trình (xem ‘Kế hoạch mở rộng năng lượng mặt trời’).
Phương Thảo dịch
