Tấm silicon là thành phần quan trọng của mọi tấm pin năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, đến nay, giá thành sản xuất thành phần này vẫn tương đối cao. Hơn thế, hiệu quả gia công silicon còn thấp khi hơn 50% lượng silicon tinh khiết dùng làm nguyên liệu đầu vào trở thành bụi sau quá trình chế tác. Để giải quyết vấn đề này, một nhóm các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu hệ thống năng lượng mặt trời Fraunhofer miền nam nước Đức đã nghiên cứu, phát triển một kỹ thuật mới, với tiềm năng giảm thiểu 50% lượng nguyên liệu đầu vào và 20% điện năng tiêu thụ trong quá trình sản xuất.

Để hiểu được các nhà khoa học đã làm thế nào để đạt được thành quả nêu trên, trước hết chúng ta cần tìm hiểu quá trình sản xuất một tấm silicon thông thường. Đầu tiên, silicon tinh khiết sẽ được hoá lỏng và bổ sung thêm clo để tinh chế nên chlorosilane. Nếu cho thêm hydro, chúng ta sẽ thu được hợp chất polysilicon với độ tinh khiết cao. Sau đó, chlorosilane (hoặc polysilicon) sẽ tiếp tục được đun nóng ở nhiệt độ 1450 độ C để cho ra những thỏi silic cỡ lớn nặng từ 200 đến 1000 kg. Cuối cùng, người ta sẽ xẻ nhỏ những thỏi silic này thành tấm mỏng để đưa vào pin mặt trời.

Áp dụng nguyên lý tương tự, nhóm các nhà nghiên cứu Đức đã đun nóng chlorosilane ở nhiệt độ 1000 độ C và trộn thêm hydro vào dung dịch. Tuy nhiên, thay vì để silicon đông kết tự nhiên, "chúng tôi đổ chúng vào khuôn để tạo nên những tinh thể có hình dạng mong muốn," TS Stefan Janz, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, cho biết. Thông thường, việc đổ trực tiếp vào khuôn như vậy có thể gây ra tình trạng khó tách các tấm silicon khỏi chất nền. Song, nhóm đã bổ sung thêm những điểm cắt đặc biệt sẵn trong khuôn gốc, nhờ vậy, việc bóc tách silicon giờ đây trở nên hết sức dễ dàng và không gây lãng phí do bám dính. Mặt khác, cũng nhờ thiết kế này mà các khuôn nền giờ có thể được sử dụng lại nhiều lần thay vì thải bỏ như trước đây. Một điều vô cùng quan trọng là, việc đổ khuôn thay vì dùng máy cắt sẽ giảm thiểu đến 20% lượng tiêu thụ năng lượng trong quá trình sản xuất pin mặt trời.

Cũng cần biết thêm rằng, những tấm silicon trước đây thường có kích thước khá lớn (150 - 200 mm) do việc xẻ nhỏ sẽ càng khiến tỉ lệ silicon tinh khiết bị lãng phí gia tăng. Điều này đồng nghĩa với việc người tiêu dùng phải trả nhiều tiền hơn cho mỗi tấm pin mặt trời trong khi họ chưa chắc đã sử dụng hết công suất thiết kế của sản phẩm. Với những tấm silicon kích thước nhỏ, giá thành pin mặt trời trời sẽ giảm đi đáng kể, từ đó nâng cao khả năng tiếp cận năng lượng sạch của mọi người.

Hiện nay, các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu để có thể sớm ứng dụng kỹ thuật mới này vào thực tiễn sản xuất. Dự kiến, việc sản xuất hàng loạt các tấm silicon thế hệ mới sẽ được tiến hành từ cuối năm 2017.

Anh Tuấn (Theo Science Daily)