Bài đọc cuối tuần: Con đường mới trong PV màng mỏng linh hoạt
Sau khi thu về 5,8 triệu GBP (8 triệu USD) trong một loạt các khoản đầu tư, Power Roll có trụ sở tại Vương quốc Anh đang thúc đẩy việc sản xuất thử nghiệm một loại màng mỏng mới sáng tạo mà nó có thể sản xuất cả mô-đun năng lượng mặt trời và tụ điện. Trong tương lai, thiết kế này cũng có thể mang lại tiềm năng sản xuất năng lượng mặt trời và lưu trữ năng lượng trong một thiết bị nhẹ duy nhất.

Trong kiến ​​trúc màng mỏng của Power Roll, mỗi vi hạt nhỏ được in nổi trên đế tạo thành một tế bào năng lượng mặt trời riêng lẻ, vì vậy thiết bị có thể tiếp tục hoạt động, ngay cả khi có một lỗ thủng trên đó.

Hình ảnh: Power Roll

Năng lượng mặt trời màng mỏng linh hoạt từ lâu đã thu hút sự quan tâm, cả về học thuật và thương mại, vì tiềm năng biến đổi những gì chúng ta nghĩ như một tấm pin mặt trời ngày nay. Các thiết bị nhẹ, dễ sản xuất và rẻ tiền ở nhiều dạng khác nhau, có thể được uốn cong và tạo hình để tích hợp vào môi trường xây dựng, hoặc thậm chí là các phương tiện giao thông. Những cách tiếp cận này có thể đóng một vai trò quan trọng trong tương lai năng lượng của chúng ta.

Cho đến nay, năng lượng mặt trời màng mỏng linh hoạt vẫn là một lĩnh vực thích hợp, với hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị thấp hơn một chút so với những gì đạt được trong PV silicon hoặc các màng mỏng lắng đọng trên thủy tinh. Mặc dù vậy, một số công ty đang làm việc với các vật liệu tế bào khác nhau - chủ yếu là perovskites và đồng-indium-gallium-selenide (CIGS) - và sản xuất dựa trên quy trình in đã được thiết lập tốt trong các ngành công nghiệp khác, hứa hẹn chi phí sản xuất thấp.

Tại Vương quốc Anh, một nhà sản xuất đang nghiên cứu giải pháp PV màng mỏng linh hoạt sáng tạo gần đây đã báo cáo rằng họ đã nhận được một số khoản đầu tư trong vài tháng qua với số tiền lên tới 5,8 triệu GBP. Hiện hãng có kế hoạch đưa vào hoạt động một dây chuyền sản xuất thử nghiệm ở miền bắc nước Anh vào nửa cuối năm 2021.

Chất nền linh hoạt

Sự đổi mới của Power Roll bắt đầu từ chất nền linh hoạt. Nó hiện đang làm việc với polyethylene terephthalate, nhưng cho biết nó có thể sử dụng một loạt các vật liệu khác. Chất nền được làm nổi với cấu trúc axetat của “các vi hạt”, mỗi bề dày chỉ vài micromet.

Với chất nền dập nổi này, Power Roll đầu tiên lắng đọng các lớp vận chuyển lên các cạnh của rãnh bằng quy trình làm mát chân không, sau đó vật liệu tế bào hoạt tính quang được in lên bề mặt bằng cách sử dụng lớp phủ khuôn dạng cuộn, dạng rãnh. Trong quá trình sản xuất thử nghiệm, công ty có kế hoạch làm việc với perovskite làm vật liệu tế bào, mặc dù có khả năng nó có thể sử dụng bất kỳ loại mực hấp thụ năng lượng mặt trời nào khác tương thích với quy trình in. Mỗi microgrooves hoạt động như một tế bào năng lượng mặt trời riêng lẻ. Các thiết bị nhỏ, có kích thước khoảng 10 × 10 cm, trên màng dày dưới 0,5 mm, chứa vài nghìn ô chia thành vài trăm mô-đun. Điều này có nghĩa là bất kỳ thiết bị nào cũng sẽ có khả năng chống đổ bóng hoặc các khuyết tật diện tích nhỏ. Cuối cùng, thiết bị được đóng gói để bảo vệ hoạt động bên trong của nó.

Khái niệm này lần đầu tiên được phát triển bởi Alexander John Topping, nhà khoa học chính của Power Roll. Topping đã kết hợp kinh nghiệm của mình khi làm việc về các giải pháp lớp phủ trong cả công nghệ tàng hình cho các ứng dụng quốc phòng và trong ngành đóng gói thực phẩm để đưa ra khái niệm microgroove cho sản xuất phim năng lượng mặt trời.

Mặc dù vẫn chưa sản xuất phim ở quy mô nào, Power Roll ước tính rằng với thiết kế này, hãng sẽ có thể sản xuất các thiết bị PV với chi phí khoảng 0,03 USD / W. “Có rất nhiều chi phí mà chúng tôi không cần bàn cãi. Chúng tôi không cần một lớp dẫn điện trong suốt, chúng tôi không cần bất kỳ tính năng kết nối tế bào phức tạp nào ”, Giám đốc điều hành của Power Roll, Neil Spann nói với tạp chí pv. “Chúng tôi đang tìm cách sản xuất bộ phim với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với các công nghệ khác trên thị trường, vì vậy nền kinh tế rất thú vị”.

Khi làm việc với mực perovskite, hiệu suất tế bào hiện tại của Power Roll là 11%. Vào thời điểm bắt đầu sản xuất thử nghiệm, được nhắm mục tiêu vào tháng 9 năm nay, nhóm dự kiến ​​sẽ đẩy con số này lên khoảng 15%. Và công ty có một lộ trình để đi đến 20% và có lẽ xa hơn, thông qua việc tối ưu hóa quá trình lắng đọng chân không và in ấn, thay vì kỹ thuật của chính vật liệu tế bào.

Phương pháp tiếp cận của Power Roll mang lại phạm vi linh hoạt về kích thước và hình dạng của các thiết bị. Các kế hoạch ban đầu trong quá trình sản xuất thử nghiệm là cho một bộ phim rộng 150 mm, cuối cùng chuyển động lên đến 300 mm. Và độ dài có thể được quyết định bởi ứng dụng. Spann cho biết: “Các lĩnh vực ứng dụng đầu tiên mà chúng tôi đang xem xét là mái nhà không chịu lực và các tòa nhà nói chung. Nó đang khám phá các ứng dụng khác trong PV di động và các cấu trúc tạm thời, cũng như các nhà kính polyme và không gian nông điện.

Con đường tiềm năng

Bằng cách in vật liệu điện môi, chứ không phải chất hấp thụ năng lượng mặt trời, lên một chất nền có rãnh vi mô tương tự, Power Roll cũng đã sản xuất thành công màng tụ điện. Nó đã bắt đầu liên doanh với một công ty ở Ấn Độ, cũng có kế hoạch bắt đầu sản xuất vào nửa cuối năm nay.

Trong tương lai, tiềm năng kết hợp hai cách tiếp cận này và vượt ra ngoài tụ điện vào lãnh thổ lưu trữ năng lượng cao hơn, có thể mang lại một số triển vọng thú vị. Đặt một bộ hấp thụ năng lượng mặt trời vào một mặt của phim và một tụ điện / vật liệu lưu trữ năng lượng ở mặt kia, sẽ tạo ra một thiết bị duy nhất có thể vừa tạo ra vừa lưu trữ năng lượng mặt trời.

Điều này sẽ đòi hỏi những phát triển mới trong việc lưu trữ năng lượng, đặc biệt là trong các vật liệu lưu trữ có thể in được, nhưng đó là thứ đã có trên radar của Power Roll. Spann cho biết: “Chúng tôi đang liên hệ với các công ty có vật liệu lưu trữ mà chúng tôi có thể triển khai vào kiến trúc của mình. “Nó rất thú vị và là thứ mà chúng tôi đang đưa một số tài nguyên vào. Tuy nhiên, mục tiêu chính của chúng tôi là đưa cả phim năng lượng mặt trời và tụ điện vào thị trường. "

Trong khi đó, kết hợp phim mặt trời và tụ điện có thể lưu trữ một lượng năng lượng nhỏ hơn trong một thiết bị năng lượng mặt trời. Và Spann nhận thấy việc làm mượt đầu ra hoặc thay thế pin trong các thiết bị năng lượng thấp hơn, như cảm biến Internet of Things, là những con đường tiềm năng hơn nữa cho công nghệ đa năng của Power Roll.