Dùng AI phát triển vật liệu mới cho pin mặt trời - Hướng đi xanh, bền vững

Tại tọa đàm "Vật liệu cho tương lai bền vững" tổ chức trong Tuần lễ khoa học công nghệ của Quỹ VinFuture 2024 ngày 4/12, các nhà khoa học cho rằng trí tuệ nhân tạo (AI) có thể tìm ra vật liệu tương lai tối ưu cho pin mặt trời từ việc kết hợp silicon với một vật liệu khác.

Phát triển các vật liệu xanh cho pin mặt trời

Phát triển vật liệu mới cho pin mặt trời đóng vai trò trọng tâm trong quá trình chuyển đổi năng lượng xanh, hỗ trợ giảm phát thải CO2 và hướng tới nền kinh tế Net Zero. Các vật liệu như silicon, perovskite, và công nghệ hai chiều đã cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng và giảm chi phí sản xuất, giúp năng lượng tái tạo trở nên khả thi hơn.

Giáo sư Martin Andrew Green từ Đại học New South Wales (Úc), Thành viên Hội đồng Giải thưởng VinFuture nhấn mạnh, silicon vẫn sẽ là vật liệu cốt lõi trong ngành năng lượng mặt trời.

Các công nghệ mới như TOPCon, HJT, IBC, và PERC không chỉ giúp tăng hiệu suất của pin mặt trời mà còn giảm chi phí sản xuất, tạo điều kiện cho việc sử dụng năng lượng mặt trời trở nên phổ biến hơn trên toàn cầu. Đặc biệt, giá của pin mặt trời đã giảm từ 1 USD/W năm 2009 xuống còn khoảng 10 cent/W hiện nay, giá một tấm panel chỉ khoảng 70 USD…

Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu dự kiến tăng 40% vào năm 2050, các chuyên gia cho rằng cần phát triển thêm các vật liệu mới nhằm nâng cao hiệu suất, giảm thiểu chi phí, và tận dụng tối đa không gian lắp đặt.

Theo Giáo sư Marina Freitag từ Đại học Newcastle (Vương quốc Anh), perovskite - một loại tinh thể đặc biệt kết hợp với kim loại như chì hoặc thiếc, đã chứng minh tiềm năng vượt trội. Khi kết hợp với silicon, perovskite không chỉ giảm lượng silicon sử dụng tới 80% mà còn tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Ngoài ra, vật liệu này giúp rút ngắn thời gian hoàn vốn và giảm phát thải CO2.

Tuy nhiên, sự bền vững của perovskite và tác động đến môi trường vẫn là những yếu tố cần nghiên cứu sâu hơn để đảm bảo tính khả thi lâu dài.

Bên cạnh các vật liệu mới cho pin năng lượng mặt trời, tại diễn đàn, Giáo sư Seth Marder - Giám đốc Viện Năng lượng tái tạo và bền vững (Đại học Colorado Boulder, Hoa Kỳ), đã chia sẻ vai trò của polyme trong phát triển các sản phẩm bền vững.

Giáo sư Seth Marder nhấn mạnh, để xây dựng một tương lai bền vững cần thay đổi cách thức sản xuất và tiêu thụ polyme. Cần phát triển các polyme phân hủy sinh học, dễ tái chế và có thể tháo rời, phân hủy để trả lại các vật liệu ban đầu cho chu trình sản xuất.

AI có thể tối ưu hoá quá trình tạo vật liệu mới cho pin mặt trời

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra bước đột phá trong nghiên cứu vật liệu. AI giúp mô phỏng và dự đoán các đặc tính của hàng nghìn vật liệu, rút ngắn thời gian thử nghiệm và tối ưu hóa hiệu suất.

Tại tọa đàm, các nhà khoa học cũng thảo luận về vật liệu bền vững, vật liệu tái tạo và vai trò của AI trong sàng lọc vật liệu đáp ứng ngay từ yêu cầu ban đầu.

Giáo sư Sir Richard Henry Friend đến từ Đại học Cambridge (Vương quốc Anh), Chủ tịch Hội đồng Giải thưởng VinFuture ủng hộ vai trò của AI trong nghiên cứu. Ông cho biết tại một đại học ở HongKong đã ứng dụng AI giúp cắt giảm thời gian trong quá trình mô phỏng máy tính về vật liệu, sắp xếp các lớp khác nhau lên silicon, đưa ra các định hướng nghiên cứu rất tiết kiệm thời gian, tạo ra đường tắt trong nghiên cứu vật liệu.

Giáo sư Nguyễn Thục Quyên - Chủ tịch Hội đồng sơ khảo Giải thưởng VinFuture đã đề cập đến cách AI có thể giúp tối ưu hóa các vật liệu năng lượng mặt trời ngay từ khi thiết kế. Bà cho biết, AI có thể giúp dự đoán và phân tích các vật liệu có tiềm năng cao, giảm thiểu thời gian nghiên cứu và cải thiện hiệu quả sản xuất.

Tuy nhiên theo Giáo sư Nguyễn Thục Quyên, AI cần đi đôi với cân nhắc về năng lượng sử dụng, trung tâm dữ liệu. Việc chuẩn hóa dữ liệu và cải thiện chất lượng đầu vào thông tin cũng rất cần thiết để AI phát huy hiệu quả.

Đồng tình với ý kiến trên, Giáo sư Martin Andrew Green chỉ ra, cần phải cẩn trọng trong việc sử dụng AI. AI yêu cầu một cơ sở dữ liệu phong phú và đáng tin cậy, đồng thời phải tính đến các yếu tố như hiệu suất năng lượng, chi phí sản xuất và khả năng tái chế vật liệu.

Theo Giáo Martin Andrew Green, việc phát triển vật liệu mới cho pin mặt trời là yếu tố then chốt để thúc đẩy ứng dụng năng lượng mặt trời trên quy mô lớn, góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và hướng tới một tương lai năng lượng sạch.

Ông nhấn mạnh, cuộc cách mạng năng lượng thứ ba có thể là một cuộc cách mạng năng lượng mặt trời, với những vật liệu mới có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng với hiệu suất cao và chi phí thấp chưa từng có.

Theo Giáo sư Marina Freitag, AI đang đẩy nhanh quá trình xác định vật liệu thân thiện với môi trường, hiệu suất cao. Các mô hình học máy dự đoán các đặc tính của vật liệu và tối ưu hóa hiệu năng và độ ổn định của vật liệu; giảm thời gian và nguồn lực trong quá trình R&D, ưu tiên sử dụng các vật liệu bền vững.

Bà Marina Freitag cho biết, thuật toán AI có thể đánh giá hàng nghìn vật liệu tiềm năng, phân tích các đặc tính, độ ổn định và tác động của chúng tới môi trường. Thông qua xử lý các điểm dữ liệu này, mô hình máy học có thể xác định chính xác các vật liệu mang lại sự cân bằng tốt nhất giữa hiệu suất, độ ổn định và tính bền vững. Đột phá này cho phép chúng ta tập trung vào các vật liệu không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu năng cao mà còn giảm sự phụ thuộc vào các nguyên tố khan hiếm hoặc độc hại.

Việc phát triển các vật liệu xanh cho pin mặt trời không chỉ là vấn đề kỹ thuật mà còn là chiến lược toàn cầu để đảm bảo sự bền vững. Các chuyên gia tại toạ đàm đều nhất trí rằng, sự kết hợp giữa công nghệ tiên tiến và trí tuệ nhân tạo hứa hẹn sẽ mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành năng lượng tái tạo, đóng góp mạnh mẽ vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu./.