Lịch sử hàng trăm năm của công nghệ quang điện! Chúng ta bắt đầu sử dụng năng lượng mặt trời từ khi nào?”

   "Sự ra đời của quang điện
Năm 1839, AE Becquerel, một nhà khoa học người Pháp 19 tuổi, đã từ từ đưa hai điện cực bạch kim vào dung dịch axit bạc clorua trong phòng thí nghiệm của cha mình.Anh không hề hay biết, cánh cửa đến với thế giới quang điện đang dần mở ra với thí nghiệm “sai lầm” này.Đo dòng điện chạy giữa các điện cực này, ông nhận thấy dòng điện trong ánh sáng cao hơn một chút so với dòng điện trong bóng tối;ông đặt tên cho hiện tượng này là hiệu ứng quang điện.Điều ông không lường trước được là dòng quang điện nhỏ mà ông quan sát được trong thí nghiệm này sẽ mang lại sự thay đổi lớn trong việc sử dụng năng lượng của con người một thế kỷ sau.Để vinh danh phát hiện của ông, hiệu ứng quang điện còn được gọi là "Hiệu ứng Becquerel".

Sau khi các thí nghiệm của Becquerel không hoạt động trong 37 năm, nhà khoa học người Anh William Grills Adams và học trò của ông là Richard Evans Day đã phát hiện ra rằng selen tạo ra điện khi tiếp xúc với ánh sáng.Mặc dù selen không thể cung cấp năng lượng điện cần thiết cho các linh kiện điện tử đang sử dụng vào thời điểm đó, nhưng điều này chứng tỏ rằng kim loại rắn có thể trực tiếp chuyển đổi ánh sáng thành điện năng.

Năm 1883, nhà khoa học người Mỹ Charles Fritz đã mạ một lớp điện cực kim loại selen lên tấm germanium để tạo ra tế bào quang điện đầu tiên.Mặc dù nó có hiệu suất chuyển đổi chỉ 1% và cực kỳ tốn kém, Fritz vẫn đầy tham vọng: "Nó tạo ra điện liên tục và ổn định, không chỉ dưới ánh sáng ban ngày mà còn bằng cách sử dụng ánh sáng tán xạ và thậm chí cả ánh sáng mờ...Chúng ta có thể sớm thấy quang điện các tấm pin cạnh tranh với [các nhà máy nhiệt điện than]!” Thật không may, dự đoán của ông đã không thành hiện thực.Ông đã gửi một tế bào quang điện đến Siemens, lúc đó sánh ngang với Edison, người đã ca ngợi phát minh của ông.Siemens tin rằng công nghệ quang điện có tầm quan trọng sâu rộng trong khoa học, và Maxwell, chuyên gia vật lý thời đó, cũng đồng ý, vì ông đã làm cho “hệ phương trình Maxwell” nổi tiếng trong vật lý.Kể từ đó, nhiều nhà khoa học bắt đầu tiến hành nghiên cứu cơ bản về hiệu ứng quang điện.Tuy nhiên, dù là Siemens hay Maxwell, vẫn chưa thể giải mã được bí mật đằng sau quang điện.

Sau 24 năm bí ẩn này, một bước đột phá cuối cùng đã đạt được bởi một nhà vật lý khổng lồ khác, Albert Einstein, người vào năm 1907 đã đưa ra lời giải thích lý thuyết về hiệu ứng quang điện dựa trên giả thuyết lượng tử năm 1905 của ông về photon.Vì điều này, ông đã được trao giải Nobel Vật lý năm 1921. Từ năm 1912 đến năm 1916, nhà vật lý thực nghiệm người Mỹ Robert Andrews Milliken đã xác nhận giả thuyết của Einstein về hiệu ứng quang điện thông qua các thí nghiệm và được trao giải Nobel Vật lý năm 1923. Với sự hỗ trợ vững chắc về mặt lý thuyết, sự phát triển của quang điện bắt đầu đi vào làn đường nhanh.

Năm 1916, nhà hóa học người Ba Lan Jan Czeklarski đã phát hiện ra quy trình kéo tinh thể để tinh chế silicon đơn tinh thể và đặt tên cho nó là Phương pháp Czeklarski theo tên ông.Công nghệ này chưa bắt đầu được áp dụng thực tế vào việc sản xuất tấm bán dẫn trong ngành sản xuất chất bán dẫn cho đến những năm 1950, và với nhu cầu ngày càng tăng về các thiết bị bán dẫn quy mô lớn, quá trình này không ngừng phát triển.

Bánh xe lịch sử đã tiến về phía trước gần 20 năm nữa, khi vào năm 1934, các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu về pin mặt trời màng mỏng và hình dung ra việc tạo ra các hệ thống tự cung cấp năng lượng thông qua pin mặt trời.Dữ liệu thực nghiệm cho thấy hiệu suất phát điện có thể được cải thiện bằng cách pha tạp vật liệu với tạp chất kim loại.

Năm 1940, chuyên gia bán dẫn người Mỹ Russell Orr đã tạo ra cấu trúc cơ bản của điểm nối pn diode trạng thái rắn, đặt nền tảng vững chắc cho việc phát minh và sản xuất pin mặt trời, thúc đẩy đáng kể việc sản xuất năng lượng quang điện cho lĩnh vực công nghiệp.

Năm 1953, nhà vật lý người Mỹ Daryl Chapin, Gerald Pearson và nhà hóa học Calvin Sauser Fowler đã chế tạo ra pin mặt trời silicon tinh thể, mỗi pin có kích thước khoảng 2 cm, với hiệu suất sản xuất khoảng 4%.Kể từ đó, pin mặt trời dần dần được đưa vào ngành công nghiệp.

Vào ngành

Ngày 17/3/1958, vệ tinh nhân tạo thứ hai của Mỹ sử dụng pin hóa học và quang điện, thông qua bệ phóng vào không gian.Vệ tinh nhỏ này đã đặt nền móng cho việc sử dụng pin mặt trời, loại pin này đã dần được phát triển để thám hiểm không gian kể từ đó.Giá trị của tuổi thọ kéo dài của tàu vũ trụ đạt được nhờ pin vượt xa chi phí sản xuất pin mặt trời cao.Ngoài ra, pin mặt trời đã trở nên rẻ hơn và ít rủi ro hơn so với máy phát đồng vị phóng xạ.Ngày nay, hầu hết các tàu vũ trụ đều được trang bị pin mặt trời và khoảng 1.000 vệ tinh trên thế giới đang sử dụng quang điện để tạo ra điện.Trong không gian, pin mặt trời đạt công suất 220 watt/m2.

Năm 1976, chính phủ Úc quyết định vận hành toàn bộ mạng lưới viễn thông ở vùng hẻo lánh thông qua các trạm pin quang điện.Việc thành lập và vận hành các nhà máy quang điện thành công đến mức làm dấy lên niềm tin vào công nghệ năng lượng mặt trời trên toàn thế giới.

Từ năm 1980, các giàn khoan dầu nhỏ không người lái ở Vịnh Mexico đã được trang bị các mô-đun năng lượng mặt trời và dần thay thế các loại pin lớn được sử dụng trước đây với ưu điểm về tính kinh tế và tính thực tiễn.

Từ năm 1983, Lực lượng Bảo vệ Bờ biển Hoa Kỳ bắt đầu sử dụng quang điện để cung cấp năng lượng cho đèn tín hiệu và đèn định vị.Vào thời điểm này, thị phần quang điện toàn cầu của Hoa Kỳ là khoảng 21% và thị trường PV chủ yếu dành cho các giải pháp hệ thống độc lập.

Từ năm 1990, kỹ sư người Thụy Sĩ Markus Real đã đề xuất rằng việc trang bị cho mỗi ngôi nhà một hệ thống quang điện riêng sẽ có ý nghĩa kinh tế hơn, tức là để hỗ trợ chuyển đổi năng lượng phi tập trung.Ông đã lắp đặt 333 hệ thống quang điện trên mái nhà công suất 3 kW tại các tòa nhà riêng lẻ ở Zurich.

Năm 1991, Đức phát động chương trình 1.000 mái nhà và "Luật cấp điện" bắt buộc các công ty tiện ích phải lấy điện từ các nhà máy năng lượng tái tạo nhỏ.Solon AG ở Berlin và một nhà máy năng lượng mặt trời ở Freiburg được thành lập.

Năm 1994 và 1997, Nhật Bản và Hoa Kỳ đã phát động Chương trình Mái nhà Triệu.

Năm 2010, tổng công suất định mức của các hệ thống quang điện ở Đức đã vượt quá 10 gigawatt và năm 2015, công suất định mức của các hệ thống quang điện trên toàn thế giới đạt 200 gigawatt.