Phát triển vật liệu mới cho pin mặt trời: Tiến tới tương lai năng lượng sạch, bền vững

Ngày 4/12, phiên thảo luận "Vật liệu cho Tương lai Bền vững" đã chính thức khai mạc, mở đầu chuỗi tọa đàm "Khoa học vì cuộc sống" thuộc khuôn khổ Tuần lễ Khoa học Công nghệ VinFuture 2024.

Sự kiện thu hút sự tham gia của nhiều nhà khoa học hàng đầu thế giới, tạo ra một diễn đàn quan trọng để trao đổi những góc nhìn sâu sắc về tương lai của vật liệu bền vững, đặc biệt trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

Phát biểu khai mạc, PGS.TS Vũ Hải Quân, Giám đốc Đại học Quốc gia TPHCM ghi nhận hoạt động nổi bật của Quỹ VinFuture trong việc thúc đẩy tiến trình thực hiện hóa các mục tiêu chung về chuyển đổi xanh.

Theo PGS.TS Vũ Hải Quân, hiện nay, các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió và thủy điện ngày càng trở thành trụ cột trong việc giải quyết khủng hoảng năng lượng toàn cầu và giảm lượng khí thải carbon. 

Trong đó, nghiên cứu và phát triển các vật liệu mới cho pin mặt trời và các ứng dụng bền vững là một yếu tố cốt lõi trong việc mở rộng ứng dụng năng lượng tái tạo, từ đó đóng góp trực tiếp vào mục tiêu phát triển bền vững của thế giới.

Chủ trì phiên tọa đàm là GS. Richard Henry Friend (Đại học Cambridge, Anh), Chủ tịch Hội đồng Giải thưởng VinFuture và Chủ nhân Giải thưởng Millenium Technology Vật lý 2010.

GS. Sir Richard Henry Friend cho rằng năng lượng hiện đang được tiêu thụ một cách không bền vững, gây ra các vấn đề nghiêm trọng như phát thải CO2. Trung bình mỗi người thải ra hàng tấn CO2 mỗi năm, điều này khiến cho các nỗ lực giảm thiểu biến đổi khí hậu trở nên cấp bách hơn bao giờ hết.

Tuy nhiên, theo GS.Sir Richard Henry Friend  "chúng ta vẫn có một lựa chọn khả thi" để giải quyết vấn đề này, đó là tập trung vào năng lượng mặt trời.

Công nghệ pin mặt trời: Từ Silicon đến Perovskite

Tại tọa đàm, các chuyên gia, nhà khoa học đã chỉ ra rằng, một trong những yếu tố quan trọng để đạt được mục tiêu năng lượng sạch là việc phát triển các vật liệu mới có khả năng tăng hiệu suất của pin mặt trời.

Giáo sư Martin Green - người tiên phong phát triển công nghệ Bộ phát thụ động và Tiếp điểm phía sau (PERC) và Điều tiết điện trượt qua màng chắn oxy hoá (TOPCon) cho pin mặt trời, nhận định cuộc cách mạng năng lượng thứ ba có thể là một cuộc cách mạng năng lượng mặt trời, với những vật liệu mới có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng với hiệu suất cao và chi phí thấp chưa từng có.

Ông cho biết, giá của pin mặt trời đã giảm từ 1 đô la/W vào năm 2009 xuống còn khoảng 10 cent/W hiện nay, trong khi hiệu suất của các tấm pin mặt trời đã tăng từ 16% lên 21,6%. Ngoài ra, kích thước và hình dáng của các tấm pin mặt trời cũng đã thay đổi, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc giảm chi phí lắp đặt và vận chuyển.

Công nghệ chế tạo pin mặt trời đã có những bước tiến đáng kể, từ các công nghệ đơn giản cho đến những công nghệ tiên tiến như: TOPCon, HJT, IBC, và PERC. Các công nghệ mới này không chỉ giúp tăng hiệu suất của pin mặt trời mà còn giảm chi phí sản xuất, tạo điều kiện cho việc sử dụng năng lượng mặt trời trở nên phổ biến hơn trên toàn cầu.

Trong khi đó, giáo sư Marina Freitag, một chuyên gia về năng lượng tại Đại học Newcastle (Anh), đã chia sẻ về một trong những vật liệu hứa hẹn, đó là perovskite.

Perovskite là một loại tinh thể đặc biệt có thể kết hợp với các kim loại như chì hoặc thiếc, tạo ra những tế bào quang điện có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng với hiệu suất cao hơn nhiều so với silicon truyền thống.

Khi kết hợp perovskite với silicon, có thể giảm tới 80% lượng silicon cần sử dụng, đồng thời tăng cường khả năng chuyển đổi năng lượng, giảm chi phí sản xuất và dễ dàng tái chế hơn.

Giáo sư Freitag cũng chỉ ra rằng việc phát triển các vật liệu mới không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn phải xem xét đến tính bền vững và khả năng thích ứng với các điều kiện môi trường khác nhau.

Những vật liệu như perovskite có thể tồn tại lâu dài, nhưng chúng cũng phải đảm bảo không gây hại cho môi trường. Điều này mở ra một hướng đi quan trọng trong việc phát triển năng lượng tái tạo bền vững.

Trong khi đó, GS. Seth Marder, Giám đốc Viện Năng lượng Tái tạo và Bền vững (Hoa Kỳ) đã chia sẻ về vai trò của polyme trong việc phát triển các sản phẩm bền vững.

Ông giải thích rằng polyme, vốn có tính ổn định cao, đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ ngành y tế đến điện tử. Tuy nhiên, vấn đề lớn với polyme truyền thống là chúng chủ yếu được làm từ nguyên liệu hóa thạch và có thể gây ra tác động tiêu cực đến môi trường sau khi sử dụng.

GS.Marder cho rằng, để xây dựng một tương lai bền vững, chúng ta cần thay đổi cách thức sản xuất và tiêu thụ polyme. Cần phát triển các polyme phân hủy sinh học, dễ tái chế và có thể tháo rời, phân hủy để trả lại các vật liệu ban đầu cho chu trình sản xuất. 

"Cần cải thiện quy trình thiết kế, câu chuyện không chỉ là công nghệ mà là thay đổi hành vi cá nhân", GS.Marder nhấn mạnh.

AI giúp phát triển vật liệu mới

Trong suốt phiên thảo luận, một chủ đề nổi bật khác là vai trò của Trí tuệ nhân tạo (AI) trong việc phát triển vật liệu mới và tối ưu hóa quá trình nghiên cứu.

Giáo sư Nguyễn Thục Quyên, Chủ tịch Hội đồng sơ khảo Giải thưởng VinFuture, đã đề cập đến cách AI có thể giúp tối ưu hóa các vật liệu năng lượng mặt trời ngay từ khi thiết kế. AI có thể giúp dự đoán và phân tích các vật liệu có tiềm năng cao, giảm thiểu thời gian nghiên cứu và cải thiện hiệu quả sản xuất.

Tuy nhiên, như Giáo sư Martin Green chỉ ra, AI không phải là "thuốc thần" và cũng cần phải cẩn trọng trong việc sử dụng. AI yêu cầu một cơ sở dữ liệu phong phú và đáng tin cậy, đồng thời phải tính đến các yếu tố như hiệu suất năng lượng, chi phí sản xuất và khả năng tái chế vật liệu.

Mặc dù công nghệ năng lượng mặt trời đã có những bước tiến đáng kể, nhưng để đạt được mục tiêu NetZero vào năm 2050, chúng ta vẫn còn nhiều thách thức phải vượt qua.

Giáo sư Martin Green dự báo, đến năm 2030, sản lượng năng lượng mặt trời cần đạt 3TB GW mỗi năm, nhưng điều này đòi hỏi sự thay đổi mạnh mẽ trong công nghệ và quy mô sản xuất.

Từ những chia sẻ của các chuyên gia, rõ ràng rằng để đạt được mục tiêu năng lượng bền vững, chúng ta cần kết hợp các công nghệ mới, phát triển vật liệu tiên tiến và áp dụng các phương pháp sản xuất thông minh.

Đặc biệt, việc sử dụng AI, phát triển vật liệu như perovskite và polyme tái chế, và tối ưu hóa quy trình sản xuất sẽ là những yếu tố quan trọng giúp chúng ta tiến gần hơn đến một tương lai năng lượng sạch, bền vững.

Hoàng Giang