Tìm ra loại pin mặt trời thế hệ mới

Thế giới đang chứng kiến cuộc đua giữa hai cường quốc năng lượng sạch – Trung Quốc và Nhật Bản – trong lĩnh vực sản xuất tấm pin mặt trời siêu mỏng, nhẹ và có thể uốn cong. Nhật Bản dẫn đầu trong nỗ lực thương mại hóa công nghệ perovskite (loại vật liệu tạo nên những tấm pin không sử dụng silicon, được phát minh bởi nhà khoa học Nhật Bản Tsutomu Miyasaka), đặt mục tiêu phát triển dẫn đầu thế giới trong khi Trung Quốc không ngừng đầu tư nghiên cứu để không bị lãng quên trên bản đồ toàn cầu.

Theo Financial Times, Nhật Bản vừa công bố khoản đầu tư lên tới 1,5 tỷ USD nhằm thương mại hóa tấm pin perovskite siêu mỏng, mục tiêu tạo ra sản lượng điện năng tương đương 20 lò phản ứng hạt nhân trước năm 2040 và đạt mức 50% điện năng tái tạo trong tổng sản lượng điện. Tập đoàn Sekisui Chemical, đứng đầu nỗ lực này, đã phát triển chất bảo vệ đặc biệt giúp pin perovskite tránh hỏng do ẩm mốc, đồng thời lên kế hoạch sản xuất đạt 1 GW công suất vào năm 2030. Kỳ vọng khi mở rộng quy mô sản xuất, giá thành sẽ tiệm cận với silicon truyền thống.

Nhật Bản xác định rõ, loại pin này là trung tâm giúp hoàn thành mục tiêu '3 in 1': phi carbon hóa, tăng trưởng kinh tế và đảm bảo an ninh năng lượng. Giám đốc phát triển tại Sekisui khẳng định đây là cơ hội cuối cùng cho Nhật Bản nhằm lấy lại vị thế công nghệ toàn cầu, dù chi phí sản xuất ban đầu cao hơn ba lần so với silicon tiêu chuẩn, theo Financial Times.

Cùng lúc đó, các nhà nghiên cứu tại Tokyo City University đã đạt bước đột phá khi chế tạo thành công pin tandem silicon-perovskite có thể uốn cong với hiệu suất lên tới 26,5% – cao nhất thế giới hiện nay cho tấm pin linh hoạt. Thiết kế mềm dẻo kết hợp lớp silicon mỏng HJT đạt hiệu suất 21,1% bên dưới và lớp perovskite bán trong suốt trên cùng giúp tăng hiệu suất tổng thể.

Dù không phải cường quốc về tài nguyên, Nhật Bản lại là nước sản xuất iốt (thành phần quan trọng trong sản xuất perovskite) lớn thứ hai thế giới chỉ sau Chile, chiếm khoảng 1/3 sản lượng toàn cầu. “Hãy nhìn xem Trung Quốc đang làm gì với chất bán dẫn. Đó là sự bắt nạt”, Miyasaka nói và đề cập đến các hạn chế xuất khẩu của Bắc Kinh. “Với perovskite, các thành phần có thể được sản xuất trong nước”.

Đáp lại, Trung Quốc không chịu thua. Các nhà khoa học nước này đã phát triển một phương pháp giúp nâng cao độ kết dính và tinh thể cho lớp perovskite trên nền cuộn film mỏng, đạt hiệu suất lên 24,6% và duy trì hơn 90% công suất sau thử nghiệm uốn cong hàng nghìn lần.

Hiện Trung Quốc vẫn dẫn đầu toàn cầu về sản lượng wafer và module silicon – kiểm soát hơn 80–90% chuỗi cung ứng từ polysilicon đến module lắp ráp. Năm 2024, Trung Quốc đã vượt mốc 1 TW công suất lắp đặt và chiếm khoảng một phần ba công suất năng lượng mặt trời toàn cầu.

Tuy nhiên, một thực tế đáng buồn là ngành công nghiệp năng lượng mặt trời Trung Quốc hiện đang đối mặt khủng hoảng dư cung và thua lỗ nghiêm trọng. Việc nhiều nhà sản xuất đua nhau cắt giảm vốn và tìm lối thoát mới đã khiến tổng thiệt hại ngành lên tới 60 tỷ USD trong năm vừa qua, buộc chính phủ và doanh nghiệp phải tái cấu trúc để tồn tại, theo Reuters. Giá polysilicon cũng chỉ bằng gần 30% so với năm trước, từ đó làm giảm lợi thế của công nghệ vốn từng được kỳ vọng.

Kỳ tích Nhật Bản: Tìm ra loại pin mặt trời thế hệ mới Trung Quốc không thể ngờ, là 'vũ khí' bắn trúng 3 đích chỉ với 1 mũi tên- Ảnh 1.

Quay lại với Nhật Bản, sự chuyển hướng tới perovskite là bước đi chiến lược giúp xử lý các hạn chế không gian đất đai và địa hình núi đá. Tấm pin này có thể dán trực tiếp lên tường, mái sân vận động, trạm bus hay bến tàu – không cần mặt phẳng lớn như các trang trại pin truyền thống.

Thách thức duy nhất hiện nay là giảm chi phí sản xuất cũng như giải quyết vấn đề về độ ẩm. Các nhà phát triển perovskite cho rằng tính linh hoạt khiến chúng trở nên khác biệt và nhẹ hơn. Lớp perovskite tinh thể chỉ dày 1 micron, giúp tạo ra 1 tế bào có trọng lượng bằng 1/10 và độ dày bằng 1/20 so với pin mặt trời hiện tại. Ngoài ra, chúng có thể được lắp đặt trên tường hoặc các bề mặt cong, đồng thời tạo ra điện dưới điều kiện ánh nắng yếu, ngay cả trong nhà.

“Giả sử bạn sống trong một căn hộ chung cư và không có mái nhà riêng. Bạn vẫn có thể đặt pin mặt trời perovskite trên ban công của mình. Hãy coi nó như một thiết bị gia dụng”, Miyasaka, giáo sư tại Đại học Toin của Yokohama, người trước đây từng làm việc tại Fujifilm, cho biết.

Nhật Bản được kỳ vọng có thể xây dựng một chuỗi cung ứng độc lập để có nguồn cung ổn định về loại pin mới, qua đó giúp đảm bảo an ninh kinh tế, nhất là khi Thủ tướng Nhật Bản Fumio Kishida cam kết sẽ biến công nghệ này thành hiện thực trong 2 năm. Tính đến tháng 4/2024, pin mặt trời sử dụng vật liệu silicon tạo ra gần 10% sản lượng điện của quốc gia này.

Dĩ nhiên, các công ty Nhật Bản đã cảm nhận được sức nóng từ Trung Quốc. Công ty DaZheng (Jiangsu) Micro Nano Technology cho biết họ đã bắt đầu sản xuất thương mại perovskite vào năm 2022 và hiện đã lên kế hoạch tăng công suất lên gấp 10 lần.

Nhiều kỹ sư tin rằng Nhật Bản có lợi thế về công nghệ - những phát minh đòi hỏi sự khéo léo và chính xác cực kỳ cao. “Cấu tạo càng khó thì người Trung Quốc càng khó sao chép”, Miyasaka, nhà phát minh ra perovskite, cho biết.

Cuộc đua vẫn đang nóng dần. Trung Quốc có lợi thế về quy mô sản xuất và chuỗi cung ứng, song lại gặp khó khăn trong khả năng đổi mới nhanh so với Nhật, vốn được trợ cấp mạnh và có chiến lược chủ động giảm lệ thuộc vào nguồn cung polysilicon. Nước này được cho là có thể lật ngược tình thế trong phân khúc công nghệ cao giá trị cao—đặc biệt khi có sự hỗ trợ mạnh từ chính phủ và đầu tư tập trung phát triển công nghệ mới.

Theo: Financial Times, Reuters, CAFEF