Những thập kỷ nghiên cứu và phát triển gần đây đã sản xuất ra các pin mặt trời—hoặc các thiết bị quang điện (PV) có độ phức tạp cao—tạo ra hơn 1.000 terawatt giờ năng lượng điện trên toàn cầu vào năm 2022. Việc triển khai này đã được đẩy nhanh nhờ những cải tiến trong thiết kế và hiệu suất của các thiết bị PV , cũng như giảm chi phí đáng kể đạt được thông qua nghiên cứu đổi mới về mô-đun, tế bào và sản xuất quang điện.
Đổi mới thiết bị PV là rất quan trọng đối với sự phát triển không ngừng của năng lượng mặt trời, vốn phải mở rộng đáng kể trong những thập kỷ tới để đạt được một hệ thống năng lượng bền vững. Nhà cung cấp hình ảnh: Werner Slocum, NREL
Việc triển khai quang điện phải tăng trưởng đáng kể trong vài thập kỷ tới—đến quy mô nhiều terawatt (TW)—để đạt được một hệ thống năng lượng bền vững. Do tính cấp bách của sự tăng trưởng này, việc tiếp tục đổi mới pin mặt trời là rất quan trọng.
Nhu cầu đổi mới pin mặt trời này là ý tưởng chính của một bài viết mới trên tạp chí Thiết bị , "Đổi mới thiết bị quang điện cho tương lai năng lượng mặt trời". Được viết bởi một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế do Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) dẫn đầu, bài báo nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đổi mới thiết bị PV đối với quá trình chuyển đổi năng lượng.
Nancy Haegel, giám đốc Trung tâm Quang điện Quốc gia tại NREL và là tác giả chính của bài báo cho biết: “Thông qua đổi mới thiết bị, chúng ta có thể tạo ra tác động lớn đến hệ thống năng lượng toàn cầu trong tương lai”. “Ngay cả những gì có vẻ là những thay đổi nhỏ, chẳng hạn như hiệu suất tăng thêm một hoặc hai phần trăm, thực sự lại có tác động rất lớn ở quy mô terawatt.”
Quá khứ và tương lai của năng lượng mặt trời
Bài viết nhìn vào cả quá khứ và tương lai của pin mặt trời . Các tác giả xem xét những tiến bộ gần đây và cơ hội trong tương lai trong đổi mới pin mặt trời cho bốn công nghệ đã được thương mại hóa hoàn toàn: pin mặt trời đa tiếp nối III-V cho không gian và silicon (Si), cadmium Telluride (CdTe) và đồng indium gallium diselenide (CIGS) để sản xuất điện trên mặt đất .
Haegel cho biết: “Đã có rất nhiều cải tiến đáng kinh ngạc trong các loại thiết bị PV này và sự đổi mới đó rất quan trọng đối với sự phát triển của năng lượng mặt trời trong thập kỷ qua”. "Nhìn về phía trước, chúng tôi hy vọng rằng điều này sẽ truyền cảm hứng cho các nhà nghiên cứu trong cộng đồng PV đóng góp vào việc đổi mới thiết bị."
Những tiến bộ gần đây trong các pin mặt trời này chủ yếu tập trung vào hiệu quả, giảm chi phí và cải thiện độ tin cậy. Nhưng ở quy mô sản xuất nhiều TW, những thách thức mới, chẳng hạn như nguồn nguyên liệu sẵn có, chuỗi cung ứng, năng lượng tích hợp và carbon dioxide (CO 2 ), bắt đầu ảnh hưởng đến ngành công nghiệp PV.
Haegel cho biết: “Một số lĩnh vực thú vị nhất để đổi mới — ngoài việc tăng hiệu quả, điều luôn quan trọng — bao gồm giảm sử dụng vật liệu khan hiếm, phát triển công nghệ tuần hoàn và thu được các thiết bị mối nối kép chi phí thấp hơn”.
Một hướng quan trọng khác cho nghiên cứu trong tương lai là "khớp nối" pin mặt trời.
Haegel giải thích: “Về mặt thiết bị, việc kết hợp hai hoặc nhiều vật liệu để tạo ra các thiết bị song song chi phí thấp ngày càng trở nên quan trọng”. "Và về mặt hệ thống, tương lai của PV sẽ phụ thuộc phần lớn vào cách nó kết hợp với các lĩnh vực năng lượng khác trong nền kinh tế năng lượng sạch, bao gồm vận tải, lưu trữ, quy trình công nghiệp và điện khí hóa hệ thống sưởi và làm mát tòa nhà." ."
Một diễn đàn mới dành cho nghiên cứu liên quan đến thiết bị
Marshall Brennan, tổng biên tập của Device cho biết: “Mục tiêu của tôi là sử dụng Thiết bị để nêu bật nhiều đóng góp liên ngành cần có để thực sự đưa một thiết bị từ một ý tưởng đổi mới trở thành một công nghệ có tác động đến thế giới thực ” .
"Những gì Nancy và các đồng nghiệp của cô ấy đã đóng góp là sự gói gọn hoàn hảo những gì chúng tôi đang mong muốn đạt được: hiểu biết các công nghệ giúp đạt được tiến bộ thực sự trước những thách thức và tác động đến cuộc sống của công dân toàn cầu, đồng thời cung cấp bối cảnh về cách giải quyết các vấn đề khác nhau mà thế giới mới đang gặp phải." công nghệ sẽ phải đối mặt khi nó mở rộng quy mô. Hơn nữa, sứ mệnh của NREL là giải quyết các thách thức năng lượng bằng cách sử dụng các giải pháp sáng tạo phù hợp với những gì Thiết bị đại diện, vì vậy tôi rất vui mừng khi có cơ hội sớm thiết lập mối liên hệ đó trong thời kỳ tồn tại của tạp chí."
Haegel nói thêm: "Vì quang điện sẽ là một phần quan trọng của giải pháp năng lượng sạch nên chúng tôi rất vui khi có bài viết về thiết bị quang điện trong ấn bản đầu tiên của Thiết bị và chúng tôi hy vọng rằng nó sẽ truyền cảm hứng cho những người mới tham gia vào lĩnh vực này và những tiến bộ mới trong pin mặt trời."
