Quốc gia châu Á sở hữu siêu pin mặt trời đó chính là Nhật Bản.
Với việc tuyên bố phát triển Pin mặt trời Perovskite (PSC) mạnh hơn 20 lò phản ứng hạt nhân cộng lại, Nhật Bản đang tạo nên làn sóng trong thế giới năng lượng tái tạo với một bước phát triển đột phá có thể biến đổi cách tạo ra và tiêu thụ năng lượng trên toàn cầu.
Không giống như các tấm pin mặt trời silicon truyền thống, PSC nhẹ, linh hoạt và dễ thích nghi khiến chúng trở nên lý tưởng cho các khu vực đô thị đông dân như Tokyo. Khả năng tích hợp liền mạch vào mặt tiền tòa nhà, cửa sổ, nóc xe và thậm chí cả đèn đường của chúng mang đến một cách mới để thu năng lượng mặt trời ở những nơi mà các tấm pin mặt trời thông thường không khả thi.
Pin mặt trời Perovskite (PSC) do Nhật Bản phát triển là cải tiến mới nhất trong công nghệ năng lượng mặt trời. Nguồn: AFP
Khả năng tối đa hóa sản xuất năng lượng tại các thành phố hạn chế về không gian này khiến công nghệ Perovskite trở thành một bước ngoặt đối với năng lượng bền vững của Nhật Bản nói riêng và thế giới nói chung.
Được chính phủ hỗ trợ, Công ty Sekisui Chemical Co. hiện đang phát triển các mô-đun PSC tiên tiến để ứng dụng trong tương lai vào thị trường rộng lớn vào những năm 2030.
Hai mũi nhọn năng lượng của Nhật Bản
Kể từ thảm họa hạt nhân xảy ra ở Fukushima năm 2011, Nhật Bản đã làm việc rất chăm chỉ để giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hạt nhân và có một mục tiêu rõ ràng: Dẫn đầu quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo.
Nhiều năm trước, Nhật Bản là nước dẫn đầu trong sản xuất tấm pin mặt trời, nhưng đã mất thị phần vào tay Trung Quốc, quốc gia thống trị thị trường với các sản phẩm giá rẻ hơn. Hiện nay, với sự hỗ trợ của chính phủ và sự phát triển của công nghệ PSC (cấu trúc tinh thể Perovskite), Nhật Bản đang tìm cách giành lại vị thế của mình.
Ngày 18/2, NHK đưa tin, Chính phủ Nhật Bản đã phê duyệt một kế hoạch năng lượng cơ bản mới cho đất nước. Kế hoạch này kêu gọi gió, mặt trời và các nguồn năng lượng tái tạo khác trở thành nguồn năng lượng quốc gia chính vào năm tài chính 2040.
Dự kiến đến 2040, năng lượng tái tạo sẽ chiếm 40 - 50% tổng lượng năng lượng của quốc gia châu Á này.
"Kế hoạch năng lượng mới nhất của Nhật Bản hướng tới mục tiêu cân bằng, không phụ thuộc quá nhiều vào một nguồn điện hoặc nhiên liệu cụ thể nào, đồng thời nhằm tăng trưởng kinh tế và giảm lượng khí thải CO2" - Bộ trưởng Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản Yoji Muto cho biết trên tờ NHK.
Kế hoạch năng lượng sạch mới nhất này của Nhật Bản cho thấy nước này không còn đề cập đến việc giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hạt nhân. Thay vào đó, năng lượng hạt nhân sẽ được sử dụng cùng với năng lượng tái tạo, với năng lượng tái tạo chiếm đến 50% và năng lượng hạt nhân chiếm khoảng 20%. Chiến lược này được thiết kế để phù hợp chặt chẽ với cam kết của quốc gia này về mục tiêu phát thải ròng bằng 0 (Net Zero) vào năm 2050.
Để đạt mục tiêu này, Nhật Bản một mặt phát triển các lò phản ứng hạt nhân thế hệ tiếp theo; mặt khác đang đẩy mạnh công nghệ PSC.
Giải mã sức mạnh vượt trội của Pin mặt trời Perovskite
Được phát hiện bởi Gustav Rose, một nhà khoáng vật học người Đức, vào năm 1839, thuật ngữ "Perovskite" được đặt theo tên của Lev Perovski, một nhà khoáng vật học người Nga. Với công thức CaTiO3, Perovskite là một khoáng chất tự nhiên của canxi titan oxit và canxi titanat.
Riêng nó có công dụng hạn chế; tuy nhiên, khi kết hợp với một số vật liệu vô cơ và hữu cơ, nó có thể chuyển thành chất bán dẫn Perovskite và trở thành nền tảng phù hợp cho pin năng lượng mặt trời hiệu suất cao.
Năm 2009, một nhà khoa học Nhật Bản tên là Tsutomu Miyasaka đã phát triển pin mặt trời Perovskite đầu tiên. Thử nghiệm ban đầu cho thấy công nghệ này tạo ra hiệu suất tương đối thấp là 3%. Theo thời gian, công nghệ tiến bộ to lớn đã giúp tấm pin mặt trời Perovskite tăng hiệu suất lên 25%, tiềm năng trong tương lai vượt quá 30%.
Một trong những mối quan tâm chính xung quanh pin mặt trời Perovskite là tính ổn định và độ bền của chúng. Ảnh: Collected
Không giống như pin mặt trời silicon thông thường, pin Perovskite có hiệu suất cao hơn đáng kể trong việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện.
Pin mặt trời Perovskite được tạo thành từ nhiều lớp và hoạt động theo nguyên lý của hiệu ứng quang điện, một quá trình trong đó dòng điện được tạo ra bên trong pin quang điện sau khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời - một quá trình tương tự như tấm pin mặt trời truyền thống.
Khi một photon từ mặt trời gặp lớp hấp thụ Perovskite, lớp này được kích hoạt và giải phóng các electron, tạo ra các cặp electron-lỗ trống (eh). Các electron được giải phóng sau đó di chuyển về phía lớp vận chuyển lỗ trống (HTL), tại đó chúng tiến tới dây dẫn, cung cấp năng lượng cho tải được kết nối, khởi tạo dòng điện, NES Fircroft - nhà cung cấp nhân sự kỹ thuật hàng đầu thế giới trong các lĩnh vực Dầu khí, Điện và Năng lượng tái tạo - giải thích.
Pin mặt trời Perovskite: Lợi thế & Thách thức
Lợi thế:
Giảm đáng kể lượng khí thải CO2: Việc chuyển đổi 50% năng lượng toàn cầu sang năng lượng mặt trời, được hỗ trợ bởi pin mặt trời Perovskite, có thể cắt giảm hơn 15 tỷ tấn CO2 trên toàn thế giới.
Kích thước nhỏ vốn có của pin mặt trời Perovskite góp phần vào hiệu quả vật liệu, có khả năng tiết kiệm hàng triệu tấn CO2 trong quá trình sản xuất, khiến chúng trở thành lựa chọn bền vững cho một tương lai xanh hơn.
Hiệu suất cao: PSC cung cấp tỷ lệ chuyển đổi năng lượng cao hơn so với các tấm pin mặt trời truyền thống, nghĩa là chúng có thể tạo ra nhiều điện hơn trong không gian nhỏ hơn.
Tính linh hoạt và khả năng thích ứng: Các tấm pin này có thể được tích hợp vào nhiều bề mặt khác nhau như cửa sổ kính, mái nhà và tường mà không cần thêm đất hoặc bất động sản.
Tiềm năng giảm chi phí: Mặc dù chi phí ban đầu vẫn cao, nhưng PSC dự kiến sẽ trở nên hợp túi tiền hơn theo thời gian, với dự báo chi phí sẽ giảm xuống còn 10 yên/Watt vào năm 2040. Việc giảm chi phí này có thể giúp năng lượng mặt trời dễ tiếp cận hơn với thị trường rộng lớn hơn.
Nhẹ và di động: Tính chất linh hoạt của PSC cho phép sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời đến thiết bị đeo đượ , mở rộng khả năng tạo ra năng lượng sạch.
Thách thức:
Các vấn đề về độ bền: Mặc dù công nghệ này rất hứa hẹn, PSC vẫn phải đối mặt với những thách thức liên quan đến tính ổn định lâu dài. Các vật liệu được sử dụng không bền bằng các vật liệu trong tấm pin mặt trời truyền thống, nghĩa là chúng có thể bị phân hủy nhanh hơn khi tiếp xúc với các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm.
Chi phí sản xuất: Mặc dù tổng chi phí sản xuất dự kiến sẽ giảm theo thời gian, nhưng chi phí ban đầu để thiết lập sản xuất PSC vẫn tương đối cao so với sản xuất tấm pin mặt trời thông thường.
Mối quan tâm về môi trường: Quá trình sản xuất PSC liên quan đến một số vật liệu nhất định, chẳng hạn như chì, có thể gây độc. Trong khi nghiên cứu đang được tiến hành để giảm thiểu những rủi ro này, tác động môi trường của sản xuất quy mô lớn vẫn là một lĩnh vực đáng quan tâm.
Bất chấp những rào cản này, Nhật Bản không ngừng nghiên cứu để giải quyết các thách thức trong việc triển khai PSC, với các kỹ sư đang nỗ lực nâng cao độ bền của PSC và giảm dấu chân môi trường của chúng. Khi công nghệ được cải thiện, người ta kỳ vọng rằng Pin mặt trời Perovskite sẽ trở thành một thành phần chính trong nỗ lực toàn cầu hướng tới năng lượng sạch, tái tạo.
Một trong những lợi thế chính của Nhật Bản trong quá trình chuyển đổi này là vị thế là nhà sản xuất iốt lớn thứ hai thế giới , một thành phần quan trọng trong sản xuất PSC. Bằng cách tận dụng nguồn tài nguyên này, Nhật Bản có thể thiết lập chuỗi cung ứng an toàn và độc lập, giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu và tăng cường an ninh năng lượng. Cách tiếp cận chiến lược này không chỉ hỗ trợ các ngành công nghiệp trong nước mà còn định vị Nhật Bản là nước dẫn đầu trên thị trường năng lượng tái tạo toàn cầu.
Tham khảo: Japanenergyevent, NHK, NES Fircroft
