Lịch sử phát triển của pin năng lượng mặt trời

Pin mặt trời tuy được mọi người sử dụng nhiều nhưng ít ai biết đến lịch sử ra đời của nó. Hãy cùng chúng tôi khám phá quá trình hình thành sáng tạo nên pin năng lượng mặt trời nhé:

 

Pin mặt trời là gì?

Tam pin nang luong mat troi (pin quang điện) là công nghệ sản xuất ra điện năng từ các chất bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Khi ánh sáng chiếu tới các tế bào quang điện, nó sẽ sản sinh ra điện năng. Khi không có ánh sáng, các tế bào này ngừng sản xuất điện. Quá trình chuyển đổi này còn được gọi là hiệu ứng quang điện

 

Lịch sử phát triển

Thế kỷ thứ 7 trước công nguyên: Thời Ai Cập Cổ Đại ,  các ngôi nhà được xây dựng để các bức xạ mặt trời có thể được thu thập vào ban ngày và được sử dụng vào ban đêm.

Thế kỷ thứ 5 trước công nguyên: người Hy Lạp định hướng nhà của họ để họ có thể nhận được năng lượng mặt trời vào mùa đông để sưởi ấm ngôi nhà.

Thế kỷ thứ 3 trước công nguyên: Archimedes đã sử dụng những tấm gương để phản chiếu bức xạ mặt trời và để bảo vệ Syracuse từ cuộc xâm lược của người La Mã.

Thế kỷ thứ 2 trước công nguyên: các cửa sổ đầu tiên làm từ mica trong suốt đã được chèn vào trong nhà ở miền bắc Ý, với mục đích để tăng việc sử dụng bức xạ mặt trời trong thời gian mùa đông.

Thế kỷ thứ 1 sau công nguyên : các “heliocaminos” được bắt đầu sử dụng . Vào khoảng thế kỷ thứ 5, những bồn tắm năng lượng mặt trời với các cửa sổ mica lớn hướng về phía nam được sử dụng tối đa tại Ý.

Thế kỷ thứ 14 :  định luật năng lượng mặt trời đầu tiên được giới thiệu tại Ý.

1767 ở Nga: M.V. Lomonossov đề nghị việc sử dụng các thấu kính để tập trung bức xạ mặt trời.

1767 tại Thụy Sĩ: Horace de Saussure khám phá ra sự khuếch đại và tăng hiệu suất nhiệt trong các hộp kính 5 nếp gấp loại Matjoshka.

1830 tại Nam Phi: J. Hershel sử dụng nồi nấu năng lượng mặt trời đầu tiên .

Khoảng 1830: H. Repton xây dựng nhà kính đầu tiên ở châu Âu.

 

* Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel.

1873: W. Smith, làm việc tại Anh, phát hiện ra tính quang dẫn của Selenium, đưa đến việc phát minh ra pin quang dẫn.

1876: G. W. Adams và R.E. Day, Mỹ, quan sát thấy hiệu ứng quang điện trong chất rắn  Selenium.

1883: Ch. Frits, một nhà phát minh người Mỹ, mô tả các pin năng lượng mặt trời được làm từ những tấm Se-wafer.

1887: tại Đức ,H. Hertz phát hiện ra rằng ánh sáng tia cực tím thay đổi điện áp thấp nhất mà có khả năng gây một tia lửa điện giữa hai điện cực kim loại.

1888: Ed. Weston nhận được bằng sáng chế cho pin năng lượng mặt trời.

1904: W. Hallwachs phát hiện ra  sự nhạy cảm ánh sáng trong cặp đồng và ôxít đồng.

1904: A. Einstein xuất bản nghiên cứu lý thuyết tiên phong của ông về hiệu ứng quang điện (ông nhận giải Nobel năm 1921 cho công trình này).

1916: R.A. Millikan cung cấp bằng chứng thực nghiệm của các hiệu ứng quang điện.

1916: Y. Czochralski (nhà khoa học người Ba Lan ) phát triển một phương pháp mới để phát triển tinh thể đơn Silicon.

1930: W. Schottky phát hiện ra pin quang điện ôxít đồng mới.

1931: AF Ioffe hướng dẫn một dự án tại Viện Vật Lý Kỹ Thuật ở St Petersburg về pin quang thallium sulphide ( TI2S) , đạt được hiệu xuất kỷ lục > 1% vào thời điểm đó. Ông đã gửi một đề nghị tới chính phủ Xô viết liên quan đến việc sử dụng mái nhà điện quang để cung cấp điện.

1932: Audobert và Stora khám phá ra hiệu ứng quang điện của CdS.

 

 * Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946.

1948: W. Schottky trình bày các khái niệm lý thuyết  đầu tiên cho quang điện bán dẫn.

1951: tại phòng thí nghiệm BELL kết nối p-n đầu tiên được tạo ra trên germanium.

1953: D. Trivich công bố những tính toán lý thuyết đầu tiên về hiệu xuất chuyển đổi của quang phổ đối với các vật liệu có bandgap khác nhau.

1953: G. Pearson tại phòng thí nghiệm Bell bắt đầu nghiên cứu pin năng lượng mặt trời bằng Li-doped Silicon.

1953: D. Chapin; C. Fuller và G. Pearson Silicon thực hiện một pin năng lượng mặt trời rộng 2 cm2 với hiệu xuất 4% (công bố trên trang bìa NY Times ).

 

* Năm 1954 tế bào quang điện đạt hiệu suất 6% được làm từ Silíc (Phòng thí nghiệm Bell ở Mỹ) và Cu2S/CdS (Không quân Mỹ)

1954: D. Chapin, C. Fuller và G. Pearson cải tiến hiệu xuất của pin năng lượng mặt trời lên 6%; pin năng lượng mặt trời AT & T ra mắt ở Murray Hill, NJ.

1954: tại Siemens ở Đức, G. Spenke và nhóm của ông phát triển một phương pháp hiệu quả cho việc sản xuất poly-Si: Các nhà khoa học và chuyên gia từ Wacker và TU Munich tham gia trong công trình này với Siemens. Cái được gọi là Phương pháp Siemens là công nghệ chính để sản xuất pin năng lượng mặt trời và bán dẫn loại Si.

1954: J.J. Loferski và Jenny tại RCA báo cáo về hiệu ứng quang điện rõ nét trong CdS

1954: Hiệp hội quốc tế về năng lượng mặt trời  -The International Solar Energy Society (ISES)- được thành lập ở Phoenix, AZ. 1970. trụ sở chính của nó sau đó được chuyển tới Melbourne, Australia, và vào năm 1995 nó đã được di chuyển một lần nữa đển Freiburg, Đức.

1957-1959: Hoffmann Electronics đạt được 8, 9 và  10% hiệu xuất và phát triển hệ thống các mối nối, giảm điện trở của các thiết bị đáng kể.

1960:   Hoffmann Electronics tăng hiệu xuất pin quang điện đến 14%, chủ yếu được sử dụng cho vệ tinh và các ứng dụng không gian.

1960/1961: H. Mori ở Nhật Bản và A.K. Zaitseva & O. P. Fedoseeva ở Nga độc lập đề xuất module quang điện lưỡng mặt .

1961: W. Shockley và H. Queisser phát triển một lý thuyết về nhiệt động lực học dựa trên nguyên lý “sự cân bằng chi tiết” cho pin mặt trời 1 mối nối.

1961: Hội nghị các chuyên gia quang điện IEEE  đầu tiên được tổ chức ở Philadelphia, Mỹ.

 

* Năm 1963 Sharp Corp (Nhật) đã sản xuất những tấm pin mặt trời tinh thể Silíc thương mại đầu tiên

 

* Năm 1966 Đài quan sát thiên văn của NASA sử dụng hệ thống pin mặt trời công suất 1kW.

1970: Zh.I. Alferov, V.M. Andreev và một đội ở Viện Ioffe, St Petersburg ra mắt pin năng lượng mặt trời đầu tiên với GaAs heterostructure.

 

* Năm 1973 năm quan trọng của điện mặt trời. Do cuộc khủng hoảng dầu mỏ, các nước bắt đầu quan tâm nhều hơn tới năng lượng tái tạo. Hội thảo Cherry Hill tại Mỹ đánh dấu sự ra đời quỹ nghiên cứu về điện mặt trời). Ngôi nhà đầu tiên được lắp hệ thống pin mặt trời làm từ Cu2S do trường ĐH Delaware chế tạo.

1974: Nhật Bản trình bày dự án Sunshine vào đầu của cuộc khủng hoảng dầu khí.

1976/1977:  Thu huỳnh quang đầu tiên dung cho các ứng dụng năng lượng mặt trời được gợi ý độc lập bởi A. Goetzberger và W. Greubel, và bởi WH Weber và J. Lambe.

1976: D. Carlson và Ch. Wronsky tại RCI, Mỹ trình bày pin năng lượng mặt trời bằng màng mỏng a-Si: H đầu tiên với hiệu xuất khoảng 1%.

1977: Viện Nghiên Cứu Năng Lượng  mặt trời (SERI), sau này trở thành Phòng Thí Nghiệm Năng lượng Tái Tạo Quốc Gia (NREL) mở cửa tại Golden, CO, USA.

1977: Hội nghị Năng lượng Mặt trời EC PV khởi đầu ở Luxembourg.

Năm 1978: phòng thí nghiệm đầu tiên về năng lượng mặt trời và các nguồn năng lượng tái tạo (SENES) khởi đầu hoạt động tại Châu Âu tại Học viện Hàn Lâm Khoa học Bungari tại Sofia.

1980: M.Riel bắt đầu chương trình nổi tiếng 1000 mái nhà với pin năng lượng mặt trời ở Zurich, Thụy Sĩ.

1980: BP đi vào kinh doanh năng lượng mặt trời.

1981: Viện Năng lượng Mặt trời Fraunhofer ISE ở Freiburg, Đức thành lập bởi Goetzberger A.

1981: R. Hezel giới thiệu Plasma Silicon Nitride (PECVD) như lớp phản chiếu và lớp thụ động, mà hiện nay được áp dụng cho hầu như tất cả pin năng lượng mặt trời thương mại bằng Silicon.

1981:  Gương tập trung phản chiếu năng lượng mặt trời sử dụng lần đầu tiên tại Viện Ioffe St Petersburg.

Năm 1982: sản xuất điện quang trên toàn thế giới đạt giá trị 10 MW.

1982: một nhà máy quang điện 1-MW – được xây dựng bởi ARCO Solar với 100 trackers lưỡng trục với c- Si module đi vào sử dụng tại California.

 

* Năm 1982 Nhà máy điện mặt trời đầu tiên có công suất 1MW được hoàn thành ở Mỹ.

Năm 1983: sản xuất pin mặt trời trên toàn thế giới vượt mức 20 MW, và doanh số bán vượt mức 250 trieu USD.

1984: M.A Green và S. Wenham giới thiệu pin năng lượng mặt trời Laser-Grooved Buried-Contact (LGBC).

1985: M. Green tại Đại học New South Wales, Australia, phá vỡ rào cản về hiệu xuất 20% cho pin năng lượng mặt trời c-Si dưới một nắng trong phòng thí nghiệm.

1985: R. Swanson thành lập Sun Power tại California với mục tiêu để thương mại hóa pin năng lượng mặt trời c-Si hiệu xuất cao.

1986: ARCO Solar bán module quang điện màng mỏng thương mại đầu tiên.

1987: The Solar Challenge được khánh thành, và cuộc đua xe dùng pin mặt trời dọc Australia.

1989: V.D. Rumyantsev tại Viện Ioffe, St Petersburg giới thiệu hệ thống pin mặt trời dùng thấu kính tập trung   với kích thước giảm dần.

1990: ARCO Solar  được bán cho Siemens và đổi tên thành Siemens Solar.

1991: Nukem GmbH (nay Schott Solar) xây dựng thí điểm nhà máy quang điện 1 MW từ pin mặt trời mono- and bifacial MIS-inversion-layer, được phát triển bởi nhóm của R.Hezel tại Đại học Erlangen.

1991: M. Graetzel phát minh ra pin mặt trời dye-sensitized electrochemical. Hiệu xuất > 10% thu được trong vòng 5 năm sau khi phát hiện.

1992: BP thương mại hoá pin mặt trời Laser Grooved c-Si (bằng sáng chế của MA Green và S.Wenham).

1994: NREL phát triển và ra đời pin mặt trời 2 đầu với hiệu xuất cao GaInAsP /GaAs, với hiệu xuất >30% dưới 180 nắng. Thế hệ thứ ba CPV ra đời.

 

* Năm 1995 dự án thí điểm “1000 mái nhà” lắp pin mặt trời của Đức, là động lực cho việc phát triển chính sách về điện mặt trời ở Đức và ở Nhật.

1997: PV mái nhà dùng pin quang điện lớn nhất, với >3 MW được lắp đặt tại Munich, Đức.

1997: Sanyo bắt đầu sản xuất hàng loạt  pin mặt trời hiệu xuất cao HIT c-Si/a-Si: H.

1998: SolarWorld AG được thành lập ở Đức, là công ty quang điện tích hợp theo chiều dọc đầu tiên.

 

* Năm 1999 tổng công suất lắp đặt pin mặt trời trên thế gới đạt 1GW.

1999: M.A Green và J. Zhao đạt được hiệu xuất kỷ lục 24,7% trong phòng thí nghiệm với pin mặt trời c-Si.

1999: Tổng số quang điện được cài đặt trên toàn thế giới vượt mức 1GW.

2000: Đức giới thiệu luật EEG mới (luật feed-in), trong 2008, luật này được dịch sang hơn 40 ngôn ngữ. Đức trở thành thị trường quang điện lớn nhất trên thế giới.

2002: Hội nghị Solar Silicon đàu tiên đối phó với cuộc khủng hoảng của Si nguyên liệu được tổ chức bởi Photon tại Munich, Đức.

2002: Cypress Corp và Sun Power ở USA bắt đầu sản xuất thí điểm pin mặt trời hiệu xuất cao c-Si Sun Power. Sản xuất hàng loạt thành lập ởPhilippines.

2002: Siemens Solar được bán cho Shell Solar, 2004 Shell Solar c-Si chuyển nhượng cho SolarWorld.

2004: General Electric vào thi trường quang điện ( PV), sau khi trở thành chủ sở hữu của AstroPower.

2005: Sharp vẫn là nhà sản xuất pin quang điện ( PV) lớn nhất  trên toàn thế giới PV.

2005: Q-Cells, được thành lập vào năm 2002, là nhà sản xuất tế pin PV phát triển nhanh nhất trên toàn thế giới.

2006: Lộ trình PV cho Châu Âu được đề xuất bởi WCRE.

2006: Hơn 25% các module PV sản xuất trên toàn thế giới được lắp đặt ở Đức.

2006: SolFocus tại Mỹ, Concentrix-Solar ở Freiburg, Đức, và SolarTec AG ở Munich,Đức, bắt đầu sản xuất thí điểm Concentrator III-V PV (CPV). CPV Mô-đun bao gồm các pin bộ ba GaAs trên Ge substrate  với hiệu xuất > 35%, và thấu kính Fresnel tập trung làm từ silicon kháng UV , có khả năng cung cấp lên đến 800 nắng.

2006: Wacker mở rộng sản xuất pin năng lượng mặt trời poly-Si tại Burghausen, Đức, lên đến 16.000 tấn / năm để trở thành công ty lớn thứ hai trong lĩnh vực này trên toàn thế giới. Việc đầu tư mới là khoảng 500 trieu Euro.

2006: Hội nghị quốc tế đầu tiên về Solar Glass được tổ chức bởi Photon tại Munich.

2007: Hemlock thông báo mở rộng với qui mô lớn  về sản xuất poly-Si lên đến 3.600 tấn/năm tại MI, Mỹ, và sẽ bắt đầu sản xuất vào năm 2010. Việc đầu tư là khoảng 1 tỷ USD , Hemlock là nhà sản xuất poly-Si lớn nhất trên toàn thế giới.

2006: InterSolar, Hội chợ quốc tế về năng lượng mặt trời lớn nhất diễn ra lần thứ 10 và lần gần nhất là ở Freiburg, Đức.

2007: SunPower và Sanyo thông báo hiệu xuất cao nhất cho sản xuất hàng loạt pin mặt trời trong 1 nắng là 22%.

2007: Al Gore và IPCC nhận giải Nobel Hòa Bình .

2007: Hội nghị Liên hiệp quốc dành cho biến đổi khí hậu diễn ra tại Bali.

2008: Q-Cells vượt qua Sharp để trở thành nhà sản xuất PV lớn nhất thế giới.

 

* Năm 2010, tổng công suất pin mặt trời trên thế giới đạt 37,4GW (trong đó Đức có công suất lớn nhất với 7,6GW.)