Công nghệ mới nâng độ bền lên 3.000 giờ

Liên doanh Toshiba, Shin-Etsu và Đại học Niigata đang nỗ lực thương mại hóa loại pin năng lượng mặt trời perovskite được kỳ vọng sẽ có độ bền cao nhất thế giới. (Ảnh: Yuki Nakao, Takako Fujiu)

Toshiba và Shin-Etsu Chemical của Nhật Bản phối hợp cùng Đại học Niigata phát triển loại pin năng lượng mặt trời perovskite được kỳ vọng có độ bền cao nhất thế giới. Công nghệ này được ba bên hướng tới thương mại hóa trong những năm 2030, qua đó tạo thêm lợi thế cho các doanh nghiệp Nhật Bản trong cuộc cạnh tranh với các nhà sản xuất Trung Quốc.

Trong dự án hợp tác, Toshiba phụ trách phát triển phần pin, Shin-Etsu Chemical đảm nhiệm sản xuất lớp vỏ bảo vệ, trong khi Đại học Niigata phát triển công nghệ làm vỏ nhằm nâng cao độ bền của pin.

Công nghệ mới sử dụng cấu trúc pin ghép (tandem cell), kết hợp giữa lớp perovskite và lớp pin silicon. Về lý thuyết, cấu trúc này có thể mang lại hiệu suất phát điện cao hơn khoảng 30% so với loại pin màng mỏng có thể gập lại.

Các thử nghiệm cho thấy nguyên mẫu có thể phát điện trong khoảng 3.000 giờ khi hoạt động ở môi trường khắc nghiệt với nhiệt độ không khí 85°C và độ ẩm 85%. Kết quả này cao hơn 50% so với mức 2.000 giờ của các loại pin perovskite trước đây do Đại học Quốc gia Singapore và các nhà sản xuất Trung Quốc phát triển.

Xem thêm: Đẩy nhanh tiến độ thi công và giải phóng mặt bằng dự án Khu công nghiệp Nhật Bản - Hải Phòng giai đoạn 2

Nguyên mẫu hiện có kích thước 25 mm2. Để tiến tới sản xuất thương mại, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục kiểm tra khả năng duy trì hiệu suất khi mở rộng thành mô-đun có kích thước hơn 250 cm2. Nhóm đặt mục tiêu nâng tuổi thọ của sản phẩm lên hơn 20 năm trước khi đưa ra thị trường.

Nhật Bản cạnh tranh bằng độ bền và hiệu suất

Một trong những thách thức lớn của pin năng lượng mặt trời perovskite là khả năng chống chịu trước nhiệt độ và độ ẩm. Để hạn chế suy giảm hiệu suất, Toshiba, Shin-Etsu và Đại học Niigata đã nghiên cứu phương pháp niêm phong các tấm pin bằng vật liệu cao su tổng hợp có chứa chất hút ẩm.

Trong khi các nhà sản xuất Trung Quốc đang chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường tấm pin năng lượng mặt trời toàn cầu, các doanh nghiệp Nhật Bản tiếp tục tìm kiếm lợi thế thông qua độ bền và hiệu suất phát điện. Công ty hóa chất Kaneka của Nhật Bản đã đặt mục tiêu phát triển loại tấm pin có hiệu suất trên 40% vào năm 2035, còn công ty Choshu Industry hướng tới sản phẩm có độ bền hơn 20 năm vào năm tài chính 2030.

Thị trường năng lượng mặt trời Nhật Bản đã phát triển mạnh trong những năm gần đây sau khi cơ chế giá mua điện cố định (FIT) được triển khai từ năm 2012. Theo cơ chế này, các công ty điện lực phải mua điện từ chủ sở hữu các tấm pin năng lượng mặt trời với mức giá cố định và được đảm bảo trong thời gian dài.

Với nhiều tấm pin hiện có tuổi thọ từ 20-30 năm, nhu cầu thay thế dự kiến tăng lên sau những năm 2030. Đây cũng là thời điểm công nghệ perovskite được kỳ vọng mở rộng ứng dụng tại Nhật Bản.

Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản đặt kỳ vọng triển khai các tấm pin năng lượng mặt trời perovskite với tổng công suất phát điện 20 GW tại Nhật Bản vào năm 2040, tương đương sản lượng điện của khoảng 20 lò phản ứng hạt nhân. Việc nâng cao hiệu suất của công nghệ pin ghép được xem là yếu tố then chốt để đạt mục tiêu này.

Xem thêm: Nhật Bản đặt cược 2.300 tỷ USD, tham vọng dẫn dắt tiêu chuẩn công nghệ toàn cầu

Mặc dù công nghệ pin năng lượng mặt trời perovskite có nguồn gốc từ Nhật Bản, các công ty Trung Quốc đang đẩy mạnh phát triển công nghệ này. Nhờ sự hỗ trợ lớn từ các khoản trợ cấp của chính phủ, các doanh nghiệp Trung Quốc đã sở hữu số lượng bằng sáng chế liên quan đến công nghệ này nhiều nhất thế giới.

Trong bối cảnh đó, việc nâng tuổi thọ pin lên 3.000 giờ trong điều kiện thử nghiệm khắc nghiệt được xem là bước tiến quan trọng của liên danh Toshiba, Shin-Etsu Chemical và Đại học Niigata, trước mục tiêu đưa công nghệ này ra thị trường trong những năm 2030.

Lược dịch từ Nikkei