Nhật Bản nhìn thấy tương lai tươi sáng cho các tấm pin mặt trời siêu mỏng, linh hoạt
Tác giả: Hiroshi HIYAMA
Đến năm 2040, Nhật Bản muốn lắp đặt đủ số lượng tấm pin perovskite để tạo ra 20 gigawatt điện, tương đương với việc xây dựng thêm khoảng 20 lò phản ứng hạt nhân.
Nhật Bản đang đầu tư mạnh vào một loại tấm pin mặt trời siêu mỏng, linh hoạt mới, hy vọng sẽ giúp nước này đạt được các mục tiêu năng lượng tái tạo, đồng thời thách thức sự thống trị của Trung Quốc trong lĩnh vực này.
Các tấm pin perovskite mềm dẻo là lựa chọn hoàn hảo cho địa hình miền núi của Nhật Bản, nơi thiếu hụt các mảnh đất bằng phẳng cho các trang trại năng lượng mặt trời truyền thống. Và một thành phần quan trọng của các tấm pin này là i-ốt, một loại nguyên liệu mà Nhật Bản sản xuất nhiều hơn bất kỳ quốc gia nào khác ngoài Chile.
Việc thúc đẩy này gặp phải một số trở ngại: các tấm pin perovskite chứa chì độc hại, và hiện tại, sản xuất ít điện năng hơn và có tuổi thọ ngắn hơn so với các tấm pin silicon.
Tuy nhiên, với mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 và mong muốn phá vỡ thế độc tôn về năng lượng mặt trời của Trung Quốc, pin perovskite là "con bài tốt nhất của chúng ta để đạt được cả mục tiêu khử cacbon và khả năng cạnh tranh công nghiệp", Bộ trưởng Công nghiệp Yoji Muto phát biểu vào tháng 11.
"Chúng ta cần phải thành công trong việc triển khai chúng trong xã hội bằng mọi giá", ông nói.
Chính phủ đang đưa ra các ưu đãi hào phóng để thu hút ngành công nghiệp tham gia, bao gồm khoản trợ cấp 157 tỷ yên (1 tỷ đô la) cho nhà sản xuất nhựa Sekisui Chemical để xây dựng một nhà máy sản xuất đủ tấm pin mặt trời perovskite, tạo ra 100 megawatt vào năm 2027, đủ cung cấp điện cho 30.000 hộ gia đình.
Đến năm 2040, Nhật Bản muốn lắp đặt đủ tấm pin perovskite để tạo ra 20 gigawatt điện, tương đương với việc xây dựng thêm khoảng 20 lò phản ứng hạt nhân.
Điều này sẽ giúp Nhật Bản đạt được mục tiêu năng lượng tái tạo đáp ứng tới 50% nhu cầu điện vào năm 2040.
Thông tin đồ họa về tấm pin mặt trời perovskite, một giải pháp thay thế linh hoạt siêu mỏng mới cho các tấm pin silicon hiện đang chiếm ưu thế, vốn nặng hơn và khó vận hành hơn.
Phá vỡ giới hạn silicon
Quốc gia này đang hướng tới năng lượng mặt trời, bao gồm cả perovskite và pin mặt trời silicon, để đáp ứng tới 29% tổng nhu cầu điện vào thời điểm đó, tăng mạnh so với mức 9,8% vào năm 2023.
"Để tăng lượng năng lượng tái tạo và đạt được mức trung hòa carbon, tôi nghĩ chúng ta sẽ phải huy động tất cả các công nghệ hiện có", Hiroshi Segawa, chuyên gia về công nghệ năng lượng mặt trời thế hệ tiếp theo tại Đại học Tokyo, cho biết.
"Tấm pin mặt trời perovskite có thể được sản xuất trong nước, từ nguyên liệu thô, sản xuất đến lắp đặt. Theo nghĩa đó, chúng có thể đóng góp đáng kể vào an ninh năng lượng và an ninh kinh tế", ông nói với AFP.
Tokyo muốn tránh lặp lại tình trạng bùng nổ và suy thoái trong quá khứ của ngành năng lượng mặt trời Nhật Bản.
Vào đầu những năm 2000, tấm pin mặt trời silicon do Nhật Bản sản xuất chiếm gần một nửa thị trường toàn cầu.
Nhật Bản hy vọng các tấm pin mặt trời siêu mỏng, linh hoạt làm từ perovskite sẽ giúp nước này đạt được các mục tiêu năng lượng tái tạo.
Hiện nay, Trung Quốc kiểm soát hơn 80% chuỗi cung ứng năng lượng mặt trời toàn cầu, từ sản xuất nguyên liệu thô chính đến lắp ráp các mô-đun.
Tấm pin mặt trời silicon được làm từ các tấm wafer mỏng được chế tạo thành các cell pin tạo ra điện.
Chúng phải được bảo vệ bằng các tấm kính cường lực và khung kim loại, khiến sản phẩm cuối cùng trở nên nặng nề và cồng kềnh.
Tuy nhiên, pin mặt trời perovskite được tạo ra bằng cách in hoặc sơn các thành phần như iốt và chì lên các bề mặt như màng phim hoặc tấm kính.
Sản phẩm cuối cùng có thể chỉ dày một milimét và bằng một phần mười trọng lượng của pin mặt trời silicon thông thường.
Tính dẻo của tấm pin perovskite cho phép chúng được lắp đặt trên các bề mặt không bằng phẳng và cong, một đặc điểm quan trọng ở Nhật Bản, nơi 70% diện tích đất nước là đồi núi.
Tạo ra điện năng tại nơi sử dụng
Các tấm pin mặt trời đã được tích hợp vào một số dự án, bao gồm tòa nhà 46 tầng ở Tokyo, dự kiến hoàn thành vào năm 2028.
Một thành phần quan trọng của các tấm pin là i-ốt, một loại khoáng sản mà Nhật Bản sản xuất nhiều hơn bất kỳ quốc gia nào khác ngoài Chile.
Thành phố Fukuoka ở phía tây nam cũng cho biết họ muốn phủ một sân vận động bóng chày mái vòm bằng các tấm pin perovskite.
Và thương hiệu điện tử lớn Panasonic đang nghiên cứu tích hợp perovskite vào các ô cửa sổ.
"Điều gì sẽ xảy ra nếu tất cả các cửa sổ này đều được tích hợp pin mặt trời?", Yukihiro Kaneko, tổng giám đốc bộ phận phát triển pin mặt trời perovskite của Panasonic, vừa nói vừa chỉ tay về phía các tòa nhà cao tầng ốp kính xung quanh văn phòng Tokyo của công ty.
Các tấm pin mặt trời truyền thống trên sườn đồi ở tỉnh Fukushima. Các tấm pin perovskite dẻo là lựa chọn hoàn hảo cho vùng núi Nhật Bản, nơi thiếu hụt các mảnh đất bằng phẳng.
Điều này sẽ cho phép tạo ra điện năng tại nơi sử dụng và giảm gánh nặng cho lưới điện quốc gia, Kaneko nói thêm.
Mặc dù rất hào hứng, nhưng các tấm pin perovskite vẫn còn lâu mới được sản xuất hàng loạt.
Chúng kém hiệu quả hơn so với các tấm pin silicon tương tự và có tuổi thọ chỉ một thập kỷ, so với 30 năm của các tấm pin thông thường.
Chì độc hại chứa trong chúng cũng đồng nghĩa với việc chúng cần được xử lý cẩn thận sau khi sử dụng.
Pin mặt trời perovskite có thể chỉ dày một milimét và nặng bằng một phần mười pin silicon thông thường.
Tuy nhiên, công nghệ đang phát triển mạnh mẽ. Một số nguyên mẫu có thể hoạt động mạnh mẽ gần bằng các tấm pin silicon và độ bền của chúng dự kiến sẽ sớm đạt tới 20 năm.
Giáo sư Đại học Segawa tin rằng Nhật Bản có thể đạt công suất 40 gigawatt từ perovskite vào năm 2040, đồng thời công nghệ này cũng có thể đẩy nhanh việc sử dụng năng lượng tái tạo ở những nơi khác.
"Chúng ta không nên nghĩ về nó chỉ đơn thuần là silicon hay perovskite. Chúng ta nên xem xét cách chúng ta có thể tối đa hóa khả năng sử dụng năng lượng tái tạo của mình", Segawa nói.
"Nếu Nhật Bản có thể trình diễn một mô hình tốt, tôi nghĩ nó có thể được đưa ra nước ngoài."
