Công nghệ chính của pin mặt trời tandem perovskite, pin mặt trời thế hệ tiếp theo
Năng lượng mặt trời hiện đang đóng một vai trò quan trọng trong việc hiện thực hóa xã hội trung hòa carbon.
Gần đây, pin mặt trời tandem perovskite, có khả năng vượt qua những hạn chế của pin silicon hiện tại, đang nhận được nhiều sự quan tâm. Công nghệ này kết hợp perovskite và silicon trong một cấu trúc kép, có tiềm năng nâng cao hiệu suất đáng kể.
Đặc biệt, 'cell tandem' đã thúc đẩy sự kỳ vọng về thương mại hóa và phát triển nhanh chóng.
Bài viết này sẽ tổng hợp những khái niệm cơ bản về cell tandem perovskite, tiến bộ công nghệ mới nhất và khả năng thương mại hóa của nó.
Perovskite là gì?
Perovskite là tên của một khoáng vật được phát hiện ở Nga, CaTiO₃, và dùng để chỉ một nhóm các chất có cấu trúc tinh thể cụ thể. Hiện tại, perovskite được sử dụng trong pin mặt trời chủ yếu là các hợp chất dựa trên halide chì hữu cơ-vô cơ, có cấu trúc tinh thể dạng ABX₃. Trong đó, A là methylammonium (MA), B là chì (Pb), X là ion halogen (Cl, Br, I).
Các chất này có khả năng hấp thụ ánh sáng tuyệt vời và tốc độ truyền dẫn điện tử và lỗ trống nhanh chóng. Ngoài ra, chúng có ưu điểm có thể được sản xuất với chi phí thấp ở nhiệt độ thấp, nên được chú ý như một nguyên liệu pin mặt trời tương lai có thể bổ sung hoặc thay thế cho pin silicon hiện tại. Tiềm năng ứng dụng perovskite trong thị trường năng lượng tương lai là rất cao.
Một trong những lợi thế chính của perovskite là tính linh hoạt và khả năng chế tạo tuyệt vời của nó. Vật liệu này có thể được chế tạo thành dạng màng mỏng thông qua quy trình chất lỏng như spin-coating hoặc slot-die coating, nên có những đặc tính phù hợp cho các hệ thống pin mặt trời linh hoạt và tích hợp kiến trúc BIPV.
Đặc biệt, perovskite rất được chú ý vì khả năng điều chỉnh băng năng lượng đa dạng. Điều này cho phép chúng có những đặc tính hấp thụ ánh sáng bổ sung khi hình thành cấu trúc tandem với silicon, làm cho chúng trở thành một vật liệu hứa hẹn cho việc hiện thực hóa cell tandem. Những đặc điểm này được kỳ vọng sẽ đóng góp lớn vào sự phát triển công nghệ năng lượng mặt trời trong tương lai.
So sánh pin silicon và pin mặt trời tandem perovskite
| Mục | Pin silicon hiện tại | Pin mặt trời tandem perovskite |
| Hiệu suất tối đa (phòng thí nghiệm) | Khoảng 26,8% (kỷ lục thế giới đơn vị) | Khoảng 34,6% (kỷ lục thế giới cho cell tandem) |
| Hiệu suất mô-đun (thương mại) | 20~22% (mô-đun silicon thông thường) | 25~30% (hiệu suất mô-đun dự kiến ban đầu) |
| Quy trình sản xuất | Quy trình wafer silicon đơn tinh thể nhiệt độ cao (tốn năng lượng) | Quy trình chất lỏng ở nhiệt độ thấp (có thể in/đánh bóng, quy trình đơn giản) |
| Chi phí sản xuất | Chi phí sản xuất wafer và năng lượng cao | Chi phí vật liệu thấp, năng lượng sản xuất ở mức 10% |
| Trọng lượng/ hình dạng của pin | Kính dày và khung kim loại (nặng, cứng) | Mỏng và nhẹ (có thể phủ lên bề mặt linh hoạt) |
| Độ bền (tuổi thọ) | Đã xác nhận hoạt động ngoài trời trên 25 năm (độ ổn định cao) | Đang nghiên cứu đảm bảo độ ổn định dài hạn (dự kiến cải thiện trong tương lai) |
Nguyên lý của perovskite và cell tandem
Perovskite có cấu trúc tinh thể có nguồn gốc từ oxit canxi titan (CaTiO₃), chủ yếu là các hợp chất halide chì hữu cơ-vô cơ (Pb) được sử dụng trong pin mặt trời. Vật liệu này có khả năng hấp thụ ánh sáng tuyệt vời và tính di chuyển điện tải, đồng thời có ưu điểm sản xuất ở quy trình nhiệt độ thấp và chi phí nguyên liệu thấp.
Pin mặt trời tandem có cấu trúc được xếp chồng bởi hai loại pin khác nhau hấp thụ ánh sáng trong các vùng bước sóng khác nhau. Perovskite hấp thụ ánh sáng khả kiến và tia UV, trong khi silicon xử lý chủ yếu tia hồng ngoại, giúp chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng một cách hiệu quả. Phương pháp này có khả năng đạt hiệu suất tối đa gần 40%, có khả năng vượt qua giới hạn hiệu suất lý thuyết của cell silicon đơn.
Sự phát triển của công nghệ sáng tạo này dự kiến sẽ cải thiện cả hiệu suất và tính kinh tế của năng lượng mặt trời trong tương lai.
Xu hướng công nghệ gần đây và đạt được hiệu suất cao nhất thế giới
Công nghệ cell tandem perovskite đã cho thấy sự phát triển đáng kinh ngạc trong những năm gần đây. Năm 2022, nhóm nghiên cứu HZB của Đức đã đạt được hiệu suất cao nhất thế giới là 32,5%, thu hút sự chú ý. Tiếp theo, vào năm 2023, KAUST của Ả Rập Saudi và LONGi của Trung Quốc mỗi nơi đều ghi nhận hiệu suất lần lượt là 33,7% và 33,9%, làm tăng cường cạnh tranh.
Vào năm 2024, LONGi đã đạt được hiệu suất 34,6%, vượt qua giới hạn lý thuyết của cell silicon đơn là Shockley-Queisser (khoảng 33,7%). Sự phát triển này được kỳ vọng sẽ có tác động lớn đối với tương lai của công nghệ năng lượng mặt trời.
Gần đây, các thành công ở cell diện tích nhỏ trở nên nổi bật, nhưng công nghệ cell lớn và mô-đun cũng đang phát triển song song. Oxford PV của Anh đã ghi nhận hiệu suất 28,6% trên kích thước wafer thương mại, trong khi nhóm nghiên cứu Hàn Quốc đã đạt hiệu suất 20,6% trên cell 200㎠, chứng minh tính khả thi của cell lớn. Những phát triển này càng làm sáng tỏ tiềm năng trong công nghệ năng lượng mặt trời trong tương lai.
Những thách thức cản trở thương mại hóa
Cell tandem perovskite tuy đạt hiệu suất cao, nhưng vẫn còn một số thách thức cần giải quyết trong quá trình thương mại hóa. Vấn đề lớn nhất là độ ổn định lâu dài và quy trình sản xuất quy mô lớn. Chất liệu perovskite nhạy cảm với độ ẩm và oxy, vì vậy công nghệ bao bọc là cần thiết để sử dụng hơn 20 năm trong môi trường bên ngoài.
Hơn nữa, các cell quy mô nhỏ có thể dễ dàng sản xuất trong phòng thí nghiệm, nhưng để sản xuất đồng nhất các mô-đun lớn từ vài chục đến vài trăm cm², cần có công nghệ phủ chất lỏng và xếp lớp chính xác. May mắn thay, các quá trình công nghiệp như slot-die coating đang phát triển nhanh chóng, do đó hy vọng cho sản xuất hàng loạt ngày càng lớn. Những tiến bộ công nghệ này được kỳ vọng sẽ có ảnh hưởng tích cực đến việc thương mại hóa cell perovskite.
Triển vọng thương mại hóa cell tandem perovskite
Các chuyên gia dự đoán rằng việc thương mại hóa cell tandem perovskite sẽ chính thức diễn ra từ năm 2025 đến 2026. Hiện tại, Oxford PV ở Anh đang thử nghiệm dây chuyền sản xuất quy mô lớn tại Đức, trong khi các công ty ở Trung Quốc và Hàn Quốc cũng đang tiến hành sản xuất thử nghiệm. Đặc biệt, Trung Quốc đang xây dựng các cơ sở sản xuất quy mô lớn với sự hỗ trợ của chính phủ, với công suất lên tới vài GW.
Mặt khác, Hanwha Q CELLS của Hàn Quốc đang tập trung vào phát triển công nghệ với mục tiêu sản xuất hàng loạt vào năm 2026. Công ty nghiên cứu Rethink Energy dự đoán rằng đến năm 2040, 90% các tấm năng lượng mặt trời trên thế giới sẽ áp dụng công nghệ perovskite. Xu hướng này kỳ vọng sẽ dẫn đầu sự đổi mới trong ngành năng lượng mặt trời và có tác động lớn đến thị trường năng lượng tương lai.
Hiệu suất cao, độ ổn định lâu dài và sản xuất hàng loạt là chìa khóa thương mại hóa
Pin mặt trời tandem perovskite đang được coi là công nghệ trung tâm cho phát triển năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo. Trong vài năm qua, hiệu suất của công nghệ này đã cải thiện nhanh chóng, và công nghệ cell lớn và mô-đun cũng đã được phát triển bền vững. Tuy nhiên, để bước vào giai đoạn thương mại hóa, cần đạt được không chỉ hiệu suất ban đầu mà còn độ bền bền vững trên 25 năm và năng suất sản xuất công nghiệp.
Nếu có thể vượt qua những rào cản công nghệ này và thương mại hóa vào năm 2025 hoặc 2026, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời toàn cầu sẽ bước vào một giai đoạn tăng trưởng mới. Điều này sẽ mang lại sự thay đổi lớn cho thị trường năng lượng mặt trời và có tác động tích cực đến chuyển đổi năng lượng thân thiện với môi trường.
#perovskite, #pintandem, #pinthegioitiem, #nangluongmattroi, #chuyendoidiadien, #trunghoacarbon, #nangluongta renew, #cellperovskite, #euotruonganlatlaikhac, #oxfordPV, #hanhjqcell, #longi, #kaust, #meyerburger, #csem, #hzb, #pinsilicon, #congnghenangluongmattroi, #vatlieupin, #pinhiueu, #tinhvong, #dinhsang, #chuyendoilai, #doiti.com, #khungphucthien, #varendubz.com, #ruthatlinh, #dinhwtne.com, #chuyendonghinh, #ngonglamcam.cum, #vidakynoz.com
