Trang chủ Ý tưởng sáng tạo toàn cầu 24h Top Ý Tưởng Sáng Tạo Thế Giới Năm 2022 - Công nghệ...

Top Ý Tưởng Sáng Tạo Thế Giới Năm 2022 – Công nghệ ứng dụng perovskites và film màng mỏng có thể cách mạng hóa năng lượng mặt trời

Công ty công nghệ năng lượng tái tạo Anh phát triển pin mặt trời màng mỏng (microgroove) trên cơ sở vật liệu tiên tiến perovskites, có thể sẽ là kỹ thuật thúc đẩy cuộc cách mạng trong sản xuất điện mặt trời.

Kỹ thuật in tráng pin điện mặt trời công nghệ màng mỏng perovskites của Power Roll. Ảnh pv-magazine

Kỹ thuật in tráng pin điện mặt trời công nghệ màng mỏng perovskites của Power Roll. Ảnh pv-magazine

Neil Spann, giám đốc điều hành của nhà sản xuất năng lượng mặt trời màng mỏng Power Roll của Anh, giới thiệu một giải pháp công nghệ năng lượng xanh, có khả năng mở rộng thương mại cao sản xuất điện mặt trời, hiện đang phụ thuộc quá nhiều vào các module pin silicon.

Những thách thức trong pin điện mặt trời silicon

Khi năng lượng mặt trời chiếm tỷ trọng ngày càng cao trong hỗn hợp năng lượng, vật liệu silicon đóng vai trò thống trị trong sản xuất bảng điều khiển. Bảng pin điện silicon chiếm 95% trong tổng số 14 GW công suất phát module năng lượng mặt trời, được triển khai tại Vương quốc Anh.

Tổng số năng lượng mặt trời cung cấp cho 4% nhu cầu năng lượng của Anh. Chiến lược năng lượng năm 2022 của chính phủ kêu gọi tăng gấp 5 lần công suất điện trời lên 70 GW năm 2035.

Nhưng việc cung cấp thêm 56 GW trên cơ sở các module bảng in điện mặt trời silicon gây ra những tác động đáng kể đến xã hội, nền kinh tế và an ninh quốc gia, thúc đẩy nghiên cứu về những lựa chọn thay thế, sử dụng vật liệu perovskites tiên tiến hơn.

Việc sản xuất các tấm pin điện silicon rất tốn kém và phức tạp, Anh hiện không có nhiều năng lực sản xuất các tấm pin điện mặt trời silicon nên phải dựa hoàn toàn vào nguồn hàng nhập khẩu.

Sự tập trung về mặt địa lý của các chuỗi cung ứng toàn cầu đặt ra những thách thức về an ninh năng lượng và hậu cần kỹ thuật. Quy trình sản xuất những tấm pin mặt trời thường có lượng khí thải carbon cao, thời gian hoàn thành trung hòa carbon đối với pin mặt trời silicon, khoảng thời gian mà một tấm pin phải tạo ra điện bù đắp cho việc loại bỏ lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất ở mức 300 ngày đến 350 ngày.

Hơn thế nữa, độ cứng và khối lượng lớn của những tấm pin mặt trời silicon thường chỉ giới hạn ứng dụng cho các trang trại năng lượng mặt trời trên mặt đất và lắp đặt trên các mái nhà. Ước tính 1 gigawatt công suất phát điện mặt trời cần khoảng 2,5 triệu tấm bảng pin điện. Để đạt được 70 GW theo yêu cầu vào năm 2035 sẽ cần một diện tích rất lớn đất đai. Chính vì nguyên nhân này, Cơ quan Năng lượng Quốc tế đang kêu gọi đa dạng hóa phương thức sản xuất điện mặt trời.

Perovskites có phải là câu trả lời không?

Từ lâu, các nhà khoa học đã quan tâm đến tiềm năng sử dụng perovskite để sản xuất năng lượng mặt trời do có những đặc tính điện tử và siêu dẫn trong tinh thể vật chất, được tìm thấy rất nhiều trong lớp phủ Trái đất. Nguyên liệu perovskite rẻ tiền và có những đặc tính đặc biệt, có khả năng hấp thụ các photon ánh sáng, tạo ra dòng điện tử và hình thành dòng điện nên vật liệu này là một ứng viên lý tưởng thay thế silicon trong sản xuất năng lượng mặt trời.

Với sự quan tâm đặc biệt đến perovskites, các nhà sản xuất pin điện mặt trời đang tìm kiếm những phương thức sáng tạo để kết hợp chúng vào sản xuất PV và công ty Power Roll thành công chế tạo pin điện mặt trời siêu mỏng trên cơ sở perovskites.

Power Roll, có trụ sở chính tại Sunderland đã phát triển một màng năng lượng mặt trời nhẹ, linh hoạt, độc đáo có khả năng sản xuất điện xanh với chi phí cực thấp, rẻ hơn tới 20 lần so với các pin điện mặt trời PV linh hoạt hiện có.

Bằng phương pháp áp dụng các lớp phủ khác nhau cho thiết kế vi rãnh linh hoạt, màng mỏng Power Roll cũng có thể sử dụng lưu trữ năng lượng và sản xuất tụ điện. Màng PV microgroove của Power Roll phù hợp với các mái nhà không chịu lực, tích hợp vào tòa nhà, các phương tiện vận chuyển, ứng dụng di động, dự án điện không kết nối lưới quốc gia và hệ thống các cảm biến IoT.

Công nghệ cuộn đến cuộn

Doanh nghiệp được cấp bằng sáng chế cho một kỹ thuật áp dụng perovskites cho chất nền nhẹ, dẻo: polyetylen terephthalate (PET), tấm nhựa nhiệt dẻo công nghiệp. Chất nền PET được dập nổi các rãnh hình chữ v nhỏ hoặc “rãnh siêu nhỏ” rộng không quá 1 hoặc 2 micromét.

Các rãnh siêu nhỏ được in cực kỳ chính xác trên PET ổn định nhiệt bằng quy trình cuộn sang cuộn, hình thành các đường dẫn điện, được thiết kế để tối ưu hóa dòng điện tử và “điều chỉnh” đầu ra điện của module năng lượng mặt trời.

Thành của các rãnh siêu nhỏ được phủ bằng kim loại, đóng vai trò là điện cực, tiếp theo là lớp oxit đóng vai trò là lớp vận chuyển điện tử (ETL) và lớp vận chuyển lỗ hổng (HTL). Mực perovskite được in vào các rãnh trên các lớp ETL/HTL hình thành pin mặt trời siêu mỏng, linh hoạt, còn gọi là “màng năng lượng mặt trời” mỏng hơn 100 lần so với những tấm pin mặt trời silicon.

Phương thức sản xuất cuộn sang cuộn là một quy trình đơn giản và có thể mở rộng được sử dụng trong các lĩnh vực chi phí thấp như bao bì và là điều kiện then chốt cho chi phí thấp của phim năng lượng mặt trời. Điều quan trọng là kỹ thuật bỏ qua những bước sản xuất liên quan đến các công nghệ PV linh hoạt khác.

Sau khi phủ và ủ mực perovskite, quy trình tiếp theo quá trình gia nhiệt củng cố tính mềm dẻo, một lớp màng chắn kết dính áp lực được phủ lên trên cùng trong một quy trình liên tục để bảo vệ perovskite đã kết tinh. Có thể áp dụng những màng chắn an toàn và một tấm màng phía sau bằng giấy bạc, sử dụng phương pháp cán màng áp lực hoặc chân không.

Để nghiên cứu tỷ lệ chi phí trên độ bền, Power Roll đã thực hiện những thử nghiệm nhiều tuần với nhiều loại màng chắn và phương pháp cán màng khác nhau khi tiếp xúc với các điều kiện môi trường trong 6 tháng liên tiếp. Kết quả cho thấy, các loại phim có màng cản chi phí cao và cán màng chân không không bị suy giảm hiệu suất trong khi những phim có rào cản chi phí thấp và cán màng áp lực bị ảnh hưởng suy giảm công suất ở các cạnh riềm. Thử nghiệm bổ sung tiếp tục được thực hiện.

Phương pháp của Power Roll tạo ra PV perovskite với chi phí sản xuất rẻ hơn 5 lần và thời gian hoàn vốn carbon ngắn hơn tới 10 lần so với những tấm pin mặt trời silicon truyền thống.

Khả năng ứng dụng rộng rãi

Sự kết hợp giữa các rãnh siêu nhỏ và perovskite tạo ra màng pin điện mặt trời linh hoạt, nhẹ, hiệu quả với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với những tấm pin mặt trời silicon khối lượng lớn và nặng nề. Tính linh hoạt và quy trình lắp đặt đơn giản cho phép màng điện mặt trời perovskite có thể được lắp đặt ở mọi nơi, trong các tình huống không thể triển khai những tấm pin mặt trời silicon như tích hợp với cửa sổ, rèm, xe cộ, mái chịu lực thấp và bề mặt thẳng đứng. Trong khi các trang trại pin điện mặt trời chiếm một diện tích rất lớn không gian xanh, PV perovskite có thể tận dụng mọi khu vực địa hình, đã được phát triển cho khu dân cư hoặc sản xuất, thương mại.

Thị trường lớn nhất cho phim năng lượng mặt trời là trên các mái nhà thương mại và công nghiệp. Chỉ 1/4 trong số 2,5 tỷ mét vuông mái nhà hướng nam của Anh có thể tạo ra 30% nhu cầu năng lượng cho quốc gia này. Màng năng lượng mặt trời perovskite PV có thể được lắp đặt trên không gian mái nhà phi kết cấu với giá rẻ và ở quy mô lớn, giúp Anh đáp ứng những mục tiêu then chốt về an ninh năng lượng và không phát thải carbon.

Công nghệ đơn giản, linh hoạt là cơ hội cho phim năng lượng mặt trời vượt ra ngoài biên giới Anh. Quy trình sản xuất dễ tái tạo và có thể được cấp phép trên toàn cầu, sẽ đẩy nhanh quá trình phát triển năng lượng mặt trời. Với chưa đến 2% số mái nhà toàn cầu có lắp đặt năng lượng mặt trời, đây là cơ hội kinh doanh rất lớn cho PV perovskite nhẹ, chi phí thấp.

Phim năng lượng mặt trời linh hoạt, có thể được tích hợp trên tất cả các loại mái nhà và trên rất nhiều loại bề mặt. Công nghệ sẽ tăng cường khả năng sản xuất năng lượng sạch ở những khu vực trên thế giới hiện đang không có bất kỳ cơ sở hạ tầng năng lượng tái tạo quan trọng nào. Perovskite PV dự kiến ​​sẽ được triển khai ra thị trường ngay trong năm 2023 với khả năng áp dụng rộng rãi vào năm 2025 và sẽ là sản phẩm cách mạng hóa lĩnh vực năng lượng mặt trời.

Theo Viettimes

CÁC TIN KHÁC

Anh phát triển vaccine ngừa ung thư phổi đầu tiên trên thế giới

Theo phóng viên tại London, các nhà khoa học tại Anh đang sử dụng công nghệ tương tự đã tạo ra vaccine ngừa COVID-19 của AstraZeneca để phát triển một loại vaccine đầu tiên trên thế giới có khả năng kích hoạt hệ miễn dịch để tiêu diệt tế bào ung thư và ngăn chặn ung thư phổi ở những người có nguy cơ cao.

Tạo ra loại “keo” mới giúp bịt kín màng não sau phẫu thuật

Một nhóm các bác sĩ phẫu thuật thần kinh học và kỹ sư sinh học Mỹ đã chế tạo ra loại "keo" đặc biệt dùng cho các ca phẫu thuật mở màng não.

Nhà máy điện đi dộng “đóng gói” hơn 240 tấm pin mặt trời

Solar Container trình làng hệ thống quang năng di động SolarCont chứa 240 tấm pin mặt trời xếp gọn thành khối hộp lớn tương đương container tiêu chuẩn.

Trung Quốc có tàu chay bằng hydro đầu tiên trên thế giới

Tập đoàn Đường sắt Trung Quốc vừa phát triển thành công một đoàn tàu chạy bằng hydro đầu tiên trên thế giới. Thành tựu này đánh dấu bước đột phá trong việc ứng dụng công nghệ mới vào việc nâng cấp, hiện đại hóa ngành vận tải đường sắt của quốc gia đông dân hàng đầu thế giới này.

Giao diện não – máy tính giúp người bị liệt

Công ty khởi nghiệp Neuralink của tỉ phú người Mỹ Elon Musk hôm 20-3 đã livestream cảnh một bệnh nhân được cấy chip vào não chơi cờ vua trực tuyến. Anh Noland Arbaugh, 29 tuổi, bị liệt từ vai trở xuống sau một tai nạn khi lặn và là người đầu tiên được cấy chip của Neuralink vào não hồi tháng 1-2024.

Các Tiểu vương quốc Ả Rập khiến thế giới ngỡ ngàng khi chi gần 500 tỷ đồng “gieo mây trên trời”

Đối mặt với một tương lai thiếu nước trầm trọng, các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất đã triển khai một dự án để tăng lượng mưa khu vực.

Bài viết nổi bật

Đại học Sư phạm TP.HCM ‘bắt tay’ doanh nghiệp công nghệ Việt thúc đẩy chuyển đổi số

Theo hợp tác mới ký kết với Viettel Solutions, Đại học Sư phạm TP.HCM sẽ cùng doanh nghiệp này xây dựng các giải pháp công nghệ trong giáo dục tập trung vào 4 nội dung chính.

Nhóm sinh viên trường ĐH Ngoại thương giành giải ‘Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng’

Ngày 12/6, tại Học viện Tài chính diễn ra Chung khảo Hội thi khoa học sinh viên toàn quốc 'Olympic Kinh tế lượng và ứng dụng' lần thứ VII, năm 2022. Ban Giám khảo đã chọn ra nhóm sinh viên ĐH Ngoại thương TP. Hồ Chí Minh giành giải Đặc biệt.

Bài viết mới nhất

TOP 100 Hồng bảo Kỷ lục Thế giới tại Việt Nam (P.26) Cầu ngói chợ Lương (Nam Định): Biểu tượng lịch sử văn hóa xứ Thành Nam – [VIETKINGS-TOPPLUS đề cử]

(kyluc.vn) “Ai qua Cầu Ngói Chợ Lương/Ghé thăm Mỹ nghệ Hải Minh làng nghề” Với hơn 500 năm tuổi, cầu ngói Chợ Lương vẫn giữ trọn vẹn được nét đẹp xưa cũ, với kiến trúc độc nhất vô nhị theo chiều dài lịch sử. Đây chính là niềm tự hào, tự tôn của người dân Hải Hậu nói riêng và cả mảnh đất Nam Định nói chung.

Kim cương có thực sự vĩnh cửu?

Kim cương luôn được quảng cáo là loại trang sức vĩnh cửu, tượng trưng cho tình yêu, nhưng thực tế những lời đó là sản phẩm của marketing từ thế kỷ trước.

Anh phát triển vaccine ngừa ung thư phổi đầu tiên trên thế giới

Theo phóng viên tại London, các nhà khoa học tại Anh đang sử dụng công nghệ tương tự đã tạo ra vaccine ngừa COVID-19 của AstraZeneca để phát triển một loại vaccine đầu tiên trên thế giới có khả năng kích hoạt hệ miễn dịch để tiêu diệt tế bào ung thư và ngăn chặn ung thư phổi ở những người có nguy cơ cao.

Tỷ phú Ấn Độ xây nhà máy điện sạch lớn nhất thế giới

Một tỷ phú Ấn Độ đang xây nhà máy điện lớn nhất thế giới diện tích gấp 5 lần Paris, có thể nhìn thấy từ vũ trụ, đáp ứng nhu cầu điện của 16 triệu hộ gia đình.

Cáp treo Bà Nà (Đà Nẵng) – TOP 5 tuyến cáp treo hiện đại của Việt Nam thu hút nhiều khách du lịch (P.3) – [VIETKINGS-TOPPLUS – Hành trình TOP Việt Nam]

(kyluc.vn) Cáp treo Bà Nà đánh dấu một thập kỷ của một trong những khu du lịch hàng đầu Việt Nam, đánh thức vùng Núi Chúa vốn chìm trong quên lãng nhiều thập kỷ, đưa Bà Nà nói riêng, Đà Nẵng nói chung trở thành một trong những "điểm phải đến trên thế giới".

TOP 100 Hồng bảo Kỷ lục Thế giới tại Việt Nam (P.25) Tháp Nhạn (Phú Yên): Chứng tích cổ ngàn tuổi kết nối quá khứ và hiện tại – [VIETKINGS-TOPPLUS đề cử]

(kyluc.vn) Trải qua cả ngàn năm lịch sử, bất chấp thăng trầm thời gian, Tháp Nhạn vẫn sừng sững trên sườn núi Nhạn, tiếp tục kể câu chuyện về Bà Thiên Y A Na, về hành trình khai phá và phát triển mảnh đất Phú Yên của người Chăm cũng như người Việt.