Công nghệ nano có thể giúp thiết kế và sản xuất các tế bào PV màng mỏng, thế hệ thứ hai. Tuy nhiên, các vật liệu nano sẽ thực sự trở thành của riêng chúng trong thế hệ thứ ba của công nghệ pin mặt trời, nơi các công nghệ mới như dây nano, chấm lượng tử và các điểm nối xuyên tâm sẽ bắt đầu đẩy các giới hạn trên của hiệu suất PV.
Công nghệ nano là gì?
Công nghệ nano là một lĩnh vực nghiên cứu và đổi mới liên quan đến việc xây dựng mọi thứ – nói chung là vật liệu và thiết bị – trên quy mô nguyên tử và phân tử.
Công nghệ nano có tiềm năng tăng hiệu quả tiêu thụ năng lượng, giúp làm sạch môi trường và giải quyết các vấn đề sức khỏe lớn. Nó được cho là có thể tăng sản xuất hàng loạt với chi phí giảm đáng kể.
Những thiết bị công nghệ nano sẽ nhỏ hơn, rẻ hơn, nhẹ hơn nhưng có nhiều chức năng hơn và cần ít năng lượng hơn và ít nguyên liệu thô hơn để sản xuất.
Ở các nước đang phát triển, Brazil, Chile, Trung Quốc, Ấn Độ, Philippines, Hàn Quốc, Nam Phi và Thái Lan đã thể hiện cam kết của họ đối với công nghệ nano bằng cách thành lập các chương trình và viện nghiên cứu do chính phủ tài trợ.
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm về Sinh học của Đại học Toronto (the University of Toronto Joint Centre for Bioethics) đã phân loại các quốc gia này là những nước đi trước (Trung Quốc, Hàn Quốc, Ấn Độ) và trung bình (Thái Lan, Philippines, Nam Phi, Brazil, Chile). Ngoài ra, Argentina và Mexico đang phát triển: mặc dù họ có các nhóm nghiên cứu về công nghệ nano, nhưng chính phủ của họ vẫn chưa tổ chức tài trợ chuyên dụng.
Công nghệ nano có thể biến cửa sổ thành tấm pin năng lượng mặt trời
Mọi người đều yêu thích năng lượng mặt trời. Nó sạch, rẻ hơn mỗi năm và nó có lợi thế khác biệt là lấy điện từ một nguồn năng lượng sẽ tồn tại trong 5 tỷ năm nữa hoặc lâu hơn.
Nhưng như Trace Dominguez giải thích trong công văn DNews ngày nay, năng lượng mặt trời thực sự không hiệu quả đặc biệt, xét về mặt công nghệ cốt lõi. Quang điện – công nghệ tiêu chuẩn cơ bản của hầu hết các hệ thống điện mặt trời – đã xuất hiện được khoảng 150 năm.
Tin tốt là một số phát triển gần đây trong công nghệ nano đang hướng tới một tương lai tươi sáng hơn. Một loại tấm pin mặt trời tiên tiến mới đang xuất hiện sử dụng các thành phần nhỏ gọi là dây nano, hoặc dây lượng tử, để cải thiện đáng kể hiệu quả của quang điện.
Những sợi dây này thực sự rất nhỏ – bạn cần phải bó 10.000 sợi chúng lại với nhau để có chiều rộng bằng sợi tóc người. Về cơ bản, các dây dẫn này sẽ ngưng tụ và tập trung ánh sáng mặt trời, giúp tăng hiệu suất của pin mặt trời lên gấp 15 lần.
Dây nano cũng có thể được sử dụng để thu nhiệt. Các tế bào năng lượng mặt trời quang điện truyền thống không làm bất cứ điều gì với sức nóng mà mặt trời tỏa ra. Nhưng hãy thêm một số dây nano nhất định và tấm pin hiện được làm bằng các tế bào nhiệt điện.
Trên thực tế, một nhóm các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ và Úc gần đây đã tiết lộ một vật liệu dây nano mới thu thập cả nhiệt và ánh sáng – tăng gấp đôi hiệu suất của các tế bào năng lượng mặt trời tiêu chuẩn – và cũng phát sáng trong bóng tối.
Trong khi đó, một nhóm các nhà khoa học khác đã công bố chi tiết về công nghệ chấm lượng tử có thể được tích hợp vào các cửa sổ kính tiêu chuẩn. Chỉ có 50 nguyên tử trên bề mặt, các chấm lượng tử hấp thụ ánh sáng đi qua kính và chuyển hướng nó thành nhiệt tới các bộ thu nhỏ cũng được tích hợp trong cửa sổ.
Cấu trúc nano cũng có thể cho phép sản xuất pin mặt trời hiệu quả từ các vật liệu rẻ hơn, thông thường hơn, như silicon và titanium dioxide. Mặc dù sẽ có những rào cản về chi phí liên quan đến việc phát triển các kỹ thuật sản xuất hàng loạt cho các tế bào PV tăng cường nano, nhưng việc sử dụng các nguyên liệu thô rẻ hơn sẽ cho phép chi phí của các tế bào năng lượng mặt trời thương mại tiếp tục giảm.
Những công nghệ mới này sẽ cần thêm nghiên cứu và tài trợ trước khi chúng sẵn sàng để sử dụng trong công nghiệp hoặc dân dụng. Nhưng nếu mọi việc suôn sẻ, đó là một dự báo khá tốt cho năng lượng mặt trời.