Gần đây, Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL), một bộ phận của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, đã tạo ra một bước đột phá mang tính cách mạng khi họ phát triển một phương pháp chứng minh khái niệm được thiết kế để loại bỏ hoàn toàn polyme khỏi quá trình sản xuất tấm pin mặt trời, dẫn đến hiệu quả hơn và tái chế thân thiện với môi trường.
Các tấm pin mặt trời từ lâu đã được ca ngợi vì khả năng tái chế của chúng. Tuy nhiên, các lớp nhựa mỏng được sử dụng trong quá trình sản xuất đặt ra những thách thức cản trở việc tái chế hiệu quả các vật liệu có giá trị như silicon và bạc.
Để giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu của NREL đã thực hiện một cách tiếp cận khác và đưa ra giải pháp sáng tạo để thực hiện hàn trực tiếp giữa các tấm kính trong pin mặt trời.
Cốt lõi của giải pháp này nằm ở việc sử dụng công nghệ laser femtosecond hồng ngoại. Bằng cách điều khiển chính xác xung laser, năng lượng được tập trung vào một khu vực cụ thể của tấm pin mặt trời trong một khoảng thời gian rất ngắn, tạo ra mối hàn chắc chắn giữa kính với kính. Điều đáng nói là công nghệ laser femto giây đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực phẫu thuật mắt y tế, chẳng hạn như phẫu thuật đục thủy tinh thể, độ an toàn và độ tin cậy của nó đã được xác minh đầy đủ.
Với hàn laser, nhu cầu về tấm nhựa trong tấm pin mặt trời được loại bỏ hoàn toàn, do đó đơn giản hóa đáng kể quá trình tái chế. Khi bảng điều khiển hết tuổi thọ, các mô-đun được chế tạo bằng hàn laser này có thể dễ dàng bị hỏng, dây thủy tinh và kim loại trong chúng có thể được tái chế mà không gặp vấn đề gì và vật liệu silicon có thể được tái sử dụng.
David Young, một nhà khoa học cấp cao trong Nhóm Quang điện tinh thể hiệu quả thuộc Khoa Hóa học và Khoa học nano của NREL, cho biết: "Hầu hết các nhà tái chế đều có sự đồng thuận chung rằng polyme là vấn đề chính cản trở quá trình tái chế. Sự ra đời của công nghệ của chúng tôi chắc chắn sẽ mở ra cơ hội." mở ra một loạt khả năng mới cho việc tái chế tấm pin mặt trời."
Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Quang điện của IEEE. Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng công nghệ hàn laser có phạm vi ứng dụng rộng rãi, không chỉ với vật liệu silicon mà còn với nhiều loại vật liệu khác nhau như canxit và cadmium Telluride. Do tính chất tập trung cao độ của tia laser, nhiệt sinh ra được giới hạn ở phạm vi rất nhỏ và không gây hư hỏng vật liệu pin. Đồng thời, độ bền của các mối hàn bên trong kính tương đương với độ bền của chính kính, đảm bảo độ ổn định và độ bền lâu dài của mô-đun.
Young giải thích thêm: “Chỉ cần bản thân kính không bị vỡ thì các mối hàn sẽ không gây ra vấn đề gì. Hơn nữa, độ cứng của mô-đun hàn được cải thiện đáng kể do không có polyme giữa các mảnh kính. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng với điều kiện thích hợp lắp đặt và sửa đổi các tính năng dập nổi của kính cuộn, mô-đun hàn có thể trở nên đủ cứng để đáp ứng các yêu cầu kiểm tra tải trọng tĩnh."
Trước đây, các nhà nghiên cứu đã thử hàn kín các cạnh bằng cách sử dụng tia laser nano giây và chất độn thủy tinh, nhưng kết quả không được thuận lợi. Tính chất giòn của các mối hàn khiến chúng không phù hợp với thiết kế mô-đun ngoài trời. Ngược lại, công nghệ hàn laser femto giây do NREL phát triển đạt được độ bền bịt kín vượt trội với chi phí thấp, cung cấp công nghệ mạnh mẽ cho việc tái chế tấm pin mặt trời.
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Liên minh Vật liệu Mô-đun Bền, nhằm mục đích kéo dài tuổi thọ của các tấm pin mặt trời lên 50 năm và hơn thế nữa. Với công nghệ laser cải tiến của NREL, chúng ta có thể mong đợi thực hiện việc tái chế tấm pin mặt trời hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn trong tương lai, góp phần phát triển bền vững năng lượng tái tạo.
