Perovskite – pin mặt trời siêu mỏng đang gây sốt ở Trung Quốc

Giáo sư Tsutomu Miyasaka thuộc Đại học Toin, Yokohama là nhà phát minh tiên phong trong công nghệ pin siêu mỏng perovskite. Các nhà sản xuất đang cải tiến công nghệ sản xuất perovskite với mục đích dùng các tấm kính bên ngoài tòa nhà để tạo ra điện năng. Ảnh: Nikkei Asia

Vốn ào ạt đổ về các startup công nghệ vật liệu mới

Startup UtmoLight sắp hoàn thành nhà máy trị giá 3 tỉ nhân dân tệ (424 triệu đô la) tại khu đất rộng khoảng 1.153m2 ở Vô Tích, tỉnh Giang Tô. Công ty này cho biết, đây là nơi đặt các dây chuyền sản xuất, một trung tâm nghiên cứu, nhà kho và là địa điểm sản xuất pin mặt trời perovskite đầu tiên trên thế giới đạt công suất gigawatt.

Cách Hạ Môn, tỉnh Phúc Kiến khoảng 1.000 km về phía nam, DaZheng (Jiangsu) Micro Nano Technology cũng đang xây dựng một nhà máy công suất 100 megawatt, dự kiến sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm tới. Giám đốc công nghệ của công ty là Li Xin, bạn đồng học với giáo sư Tsutomu Miyasaka, người tiên phong về perovskite, hiện đang giảng dạy tại Đại học Toin ở Yokohama, Nhật Bản.

DaZheng đã nhận được tài trợ từ Mizuho Leaguer Investment (MLI), một công ty đầu tư mạo hiểm do tập đoàn tài chính Mizuho Financial Group của Nhật Bản và nhà sản xuất vật liệu Trung Quốc Shenzhen Leaguer Group cùng thành lập. “Chúng tôi hy vọng rằng khoản đầu tư của mình sẽ dẫn đến sự phát triển của perovskite tại thị trường Nhật Bản và trên toàn thế giới”, một giám đốc đầu tư cấp cao của MLI nói.

Có ít nhất sáu dự án xây dựng liên quan đến perovskite đang được thực hiện tại Trung Quốc. GCL Optoelectronic đã khởi công xây dựng nhà máy sản xuất pin mặt trời perovskite vào tháng 12-2023 tại Côn Sơn, tỉnh Giang Tô. Công ty sản xuất pin hàng đầu của Trung Quốc Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL), Tencent Holdings và quỹ đầu tư nhà nước Temasek Holdings của Singapore đã đầu tư vào GCL Optoelectronic.

Dòng vốn đầu tư đang chảy ào ạt vào các startup công nghệ vật liệu mới tại Trung Quốc với kỳ vọng sẽ dẫn dắt sự chuyển đổi công nghệ và chiếm được miếng bánh lớn hơn của thị trường toàn cầu.

Trung Quốc đang thống lĩnh ngành năng lượng tái tạo toàn cầu, với thế mạnh gần như tuyệt đối trong năng lượng mặt trời và điện gió. Một nghiên cứu của hãng Nikkei cho thấy năm hãng sản xuất tấm pin mặt trời hàng đầu thế giới trong năm 2023 đều là Trung Quốc, so với bốn trong số năm công ty hàng đầu năm 2022. Tổng thị phần của năm công ty này đã tăng 7,5 điểm phần trăm lên 59,3%. Năm 2023, doanh nghiệp đã mở rộng thị phần trong 21 trên tổng 71 danh mục sản phẩm và dịch vụ so với năm 2022.

Tương lai của perovskite

Perovskite được nhà khoáng vật học người Nga Gustav Rose phát hiện năm 1839 trong dãy núi Ural của Nga nhưng lại được đặt theo tên của nhà sáng lập Hiệp hội Địa lý Nga – Lev Perovski.

Perovskite là hợp chất calcium titanate, có cấu trúc giống với khoáng vật perovskite có màu vàng nâu hoặc đen, tồn tại dưới dạng CaTiO3 hay bất kỳ hợp chất nào có công thức hóa học ABX3. Với nhiều đặc tính vật lý quang học và điện, hiện tinh thể perovskite được ứng dụng trong các lĩnh vực như máy siêu âm, chip bộ nhớ và mặt trời.

Pin mặt trời perovskite được phát minh vào năm 2009. Lúc đó, tỷ lệ chuyển đổi ánh sáng thành điện năng chỉ 3,8% và khó có thể ứng dụng thực tế. Các sản phẩm pin perovskite hiện tại vẫn đang ở dạng nguyên mẫu (prototype) nhưng tỷ lệ chuyển đổi đã tăng đến 26%, gần với giới hạn trên lý thuyết là 33%.

Theo hãng nghiên cứu Precedence Research của Canada, thị trường pin mặt trời perovskite dự kiến sẽ tăng trưởng lên 2,4 tỉ đô la vào năm 2032, gấp 26 lần quy mô năm 2022.

Một doanh nghiệp Nhật Bản là Sekisui Chemical đang cân nhắc mua lại một phần nhà máy Sharp đặt tại Sakai, gần Osaka, với mục tiêu thương mại hóa pin mặt trời perovskite vào năm tới. Panasonic Holdings cũng có kế hoạch thâm nhập thị trường vào năm 2026 với vật liệu xây dựng bằng kính tạo ra điện cho các ngôi nhà do công ty tự phát triển.

EneCoat Technologies, startup hình thành tại Đại học Kyoto, đã huy động được 5,5 tỉ yen (38,4 triệu đô la) từ một quỹ đầu tư thuộc Toyota Motor và các công ty khác. EneCoat dự định sẽ vận hành nhà máy sản xuất hàng loạt sớm nhất là vào năm 2026.

Công nghệ pin mặt trời siêu mỏng có nguồn gốc từ Nhật Bản. Thế nhưng, nhà phát minh Miyasaka đã chọn giải pháp không xin cấp bằng sáng chế ở nước ngoài cho các thành phần cơ bản của công nghệ này. Điều này cho phép các quốc gia khác nhanh chóng ứng dụng phát minh của ông. Các công ty Trung Quốc đang đầu tư ở quy mô lớn hơn so với các đối tác Nhật Bản.

Đặc điểm đáng chú ý nhất của các tấm perovskite là khả năng uốn cong. Tấm pin siêu mỏng cũng có lợi thế lớn so với tấm pin mặt trời silicon thông thường về hiệu quả tạo ra điện. Trong các thử nghiệm của DaZheng, các tấm perovskite có hiệu suất vượt trội đáng kể so với các tấm pin silicon về tổng sản lượng điện mỗi năm. Loại pin mới có thể tạo ra điện ngay cả trong điều kiện ánh sáng yếu trong những ngày nhiều mây, vào sáng sớm hoặc lúc chạng vạng.

“Tại các nhà máy điện mặt trời ở Trung Quốc hoặc nơi khác, chúng ta dễ thấy các tấm pin được trải rộng trên một diện tích đất rộng lớn nhưng quang cảnh đó sẽ biến mất khi các tấm perovskite trở nên phổ biến hơn. Điện sẽ được tạo từ các bức tường kính bên ngoài của tòa nhà”, Tổng Giám đốc Ma Chen của DaZheng nói.

Perovskite được xem là thế hệ tiếp theo của các tấm pin mặt trời, dòng vốn đầu tư đang đổ về các startup công nghệ vật liệu mới. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều rào cản phía trước. Trong sản xuất, rất khó để phủ một lớp perovskite mỏng, dàn đều trên mặt phẳng nền, khiến việc sản xuất hàng loạt các tấm pin lớn trở nên khó khăn.

Vì vậy, các startup dự kiến sẽ tập trung vào sản xuất hàng loạt các tấm nền thủy tinh trước tiên, và vật liệu perovskite bám dính dễ hơn so với màng phim. Tuy nhiên, vật liệu thủy tinh lại không thể hiện các ưu điểm nhẹ, mỏng và dễ dàng trong vận chuyển, sản xuất và sử dụng.

Theo Nikkei Asia, MIT News

Ricky Hồ