Tấm pin Mặt trời là một trong những phát minh vĩ đại nhất của nhân loại và lịch sử của chúng thú vị hơn bạn nghĩ.
Năng lượng Mặt trời, một trong những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến và phát triển nhanh nhất hiện nay, đã trải qua một hành trình phát triển đáng kinh ngạc. Từ những thử nghiệm sơ khai cho đến những bước đột phá công nghệ, năng lượng Mặt trời đã chứng minh tiềm năng của mình trong việc đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng của nhân loại.
Lịch sử của năng lượng Mặt trời bắt đầu từ năm 1884.
Những bước đầu tiên và những thí nghiệm đầy tham vọng
Lịch sử của năng lượng Mặt trời bắt đầu từ năm 1884, khi Charles Fritts, một nhà khoa học tiên phong, đã lắp đặt tấm pin Mặt trời quang điện đầu tiên trên một mái nhà ở thành phố New York. Mặc dù chỉ đạt hiệu suất dưới 1% trong việc chuyển đổi ánh sáng Mặt trời thành điện năng, nhưng dự án của Fritts đã đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử phát triển của công nghệ năng lượng Mặt trời. Ông sử dụng selen phủ một lớp vàng mỏng để tạo ra dòng điện mà ông mô tả là "liên tục, không đổi và có lực đáng kể". Tuy nhiên, do chi phí cao của vật liệu, dự án này không thể tiến xa hơn và không thể trở thành một sản phẩm thương mại cạnh tranh.
Các tấm pin mặt trời thời xưa.
Hai mươi năm sau, George Cove, một nhà phát minh người Canada, đã tiếp tục công trình của Fritts và phát triển một "máy phát điện năng lượng Mặt trời", sử dụng vật liệu bán dẫn có khoảng cách dải tương tự silicon, vật liệu chủ yếu được sử dụng trong các tấm pin Mặt trời ngày nay. Cove đã tạo ra một bước tiến lớn với việc phát triển pin để lưu trữ, giải phóng năng lượng, và đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà đầu tư khi ông giới thiệu công nghệ này tại Halifax, Nova Scotia vào năm 1909. Tuy nhiên, câu chuyện của Cove đã gặp phải một bước ngoặt kỳ lạ khi ông tuyên bố mình bị bắt cóc và được đề nghị từ bỏ công việc với số tiền lớn. Dù sự việc này chưa được xác minh, nhưng nó đã khiến sự nghiệp của Cove nhanh chóng sụp đổ và công nghệ năng lượng Mặt trời cũng theo đó mà bị lãng quên trong suốt 40 năm sau đó do sự trỗi dậy của than đá và dầu mỏ.
Ứng dụng đầu tiên của pin Mặt trời đã xuất hiện vào năm 1958.
Những đột phá trong công nghệ và sự trở lại của năng lượng Mặt trời
Trong khi năng lượng Mặt trời bị lãng quên, các công nghệ quan trọng khác đã được phát triển, đặt nền móng cho sự hồi sinh của nó. Năm 1918, Jan Czochralski, một nhà hóa học người Ba Lan, đã vô tình phát hiện ra phương pháp nuôi cấy tinh thể đơn (monocrystalline), sau này trở thành xương sống của 90% các thiết bị điện tử hiện nay, bao gồm cả các tấm pin Mặt trời. Phát hiện này đã góp phần quan trọng trong việc phát triển pin Mặt trời silicon, được thực hiện bởi các nhà khoa học tại Bell Labs vào năm 1954. Với hiệu suất chuyển đổi đạt 6%, đây là một bước tiến vượt bậc so với những thí nghiệm trước đó và đánh dấu sự trở lại mạnh mẽ của công nghệ năng lượng Mặt trời.
Từ những năm 1960 đến 1980, năng lượng Mặt trời bắt đầu được áp dụng rộng rãi hơn.
Ứng dụng đầu tiên của pin Mặt trời đã xuất hiện vào năm 1958 với việc phóng vệ tinh Vanguard I, trở thành vật thể đầu tiên chạy bằng năng lượng Mặt trời trong không gian. Điều này chứng minh rằng công nghệ năng lượng Mặt trời không chỉ có tiềm năng trên Trái Đất mà còn có thể được ứng dụng trong không gian vũ trụ. Từ những năm 1960 đến 1980, năng lượng Mặt trời bắt đầu được áp dụng rộng rãi hơn, đặc biệt là ở những vùng xa xôi nơi mà đường dây điện không khả thi hoặc quá tốn kém.
Sự phát triển hiện đại và tiềm năng tương lai của năng lượng Mặt trời
Vào những năm 1980, các tấm pin Mặt trời đã được cải tiến với sự ra đời của các ô đa điểm nối, giúp tăng hiệu suất thu nhận năng lượng từ Mặt trời. Đến năm 2006, các nhà nghiên cứu đã đạt được hiệu suất 46% với các ô đa điểm nối, gần gấp đôi so với các ô silicon truyền thống. Mặc dù các ô này vẫn có giá thành cao, chúng đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hàng không vũ trụ như Trạm vũ trụ quốc tế.
Với sự ra đời của vật liệu perovskite, công nghệ pin Mặt trời tiếp tục được cải thiện với hiệu suất vượt trội. Các tấm pin Mặt trời hai mặt, có khả năng thu nhận ánh sáng từ cả hai phía, cũng trở nên phổ biến trong thập kỷ qua, đặc biệt trong các nhà máy điện Mặt trời quy mô lớn.
Với sự ra đời của vật liệu perovskite, công nghệ pin Mặt trời tiếp tục được cải thiện.
Một trong những đột phá lớn nhất của công nghệ năng lượng Mặt trời hiện đại là khả năng lưu trữ năng lượng. Với sự phát triển của các loại pin như lithium-ion, lithium-sắt-phosphate (LiFePO4), và các công nghệ lưu trữ năng lượng khác, năng lượng Mặt trời ngày càng trở nên khả thi hơn để cung cấp nguồn điện ổn định và đáng tin cậy ngay cả vào ban đêm. Điều này đóng vai trò quan trọng trong việc biến năng lượng Mặt trời thành một nguồn năng lượng bền vững, có khả năng đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng của con người.
Từ những thí nghiệm ban đầu của Charles Fritts cho đến những bước đột phá công nghệ hiện đại, năng lượng Mặt trời đã trải qua một hành trình phát triển đáng kinh ngạc. Hiện nay, nó đã trở thành một trong những nguồn năng lượng sạch, khả thi về mặt kinh tế và có tiềm năng phát triển lớn nhất trên thế giới. Khi thế giới đang hướng tới mục tiêu không phát thải carbon vào năm 2050, năng lượng Mặt trời sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn năng lượng bền vững cho tương lai.