Bạc và ứng dụng của bạc trong năng lượng mặt trời

Bạc đóng một vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất cell pin năng lượng mặt trời để tạo ra điện. Bạc là một vật liệu quan trọng trong các tấm pin năng lượng mặt trời. Các công ty năng lượng mặt trời chuyển bạc thành một loại pasta sau đó được sử dụng cho busbars và điểm tiếp xúc như một vật liệu dẫn điện. Chúng dẫn điện cho điện năng được tạo ra trong lớp silic của cell pin thông qua tác động của tia tỏa năng lượng mặt trời.

Hầu hết các kim loại dẫn điện đều có hai chức năng chính: dẫn điện và dẫn nhiệt. Bạc là một trong những kim loại dẫn điện tốt nhất trên hành tinh và cũng vì bạc có độ dẫn nhiệt cao nhất, các điểm tiếp xúc bạc được ưa chuộng hơn so với các điểm tiếp xúc kim loại khác trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời.

Mỗi cell pin sản xuất ngày nay chỉ cần một vài miligam bạc nhưng nhanh chóng tích tụ lên và các nghiên cứu đã chỉ ra rằng với sự tăng trưởng của năng lượng mặt trời, ngành công nghiệp có thể tiêu thụ hết lượng bạc dự trữ trên thế giới vào năm 2050. Đến năm 2022, thế giới đạt được công suất lắp đặt tich lũy của cell pin năng lượng mặt trời là 1 TW, chiếm hơn 4% tổng cầu điện trên toàn cầu. Năng lượng mặt trời hiện tại chủ yếu không sử dụng các nguyên tố hiếm nhưng lại sử dụng các kim loại phổ biến như nhôm và đồng, cần thiết cho nhiều công nghệ năng lượng sạch. Hiện tại, bạc là kim loại quan trọng nhất đặt ra vấn đề về giá cả và cung ứng khi sản xuất tăng.

Năm 2020, năng lượng mặt trời sử dụng khoảng 12,7% sản lượng bạc hàng năm. Nhiều nghiên cứu trước đó đã làm nổi bật rằng lượng bạc tiêu thụ ước tính hiện tại quá lớn để cho phép sản xuất ở quy mô terawatt có thể bền vững.

Tiềm năng  tái chế bạc

Hiện nay, công nghệ tái chế đang kém phát triển vì số lượng cell pin năng lượng mặt trời đã hết thời kỳ sử dụng quá nhỏ và vẫn chưa là một ngành kinh doanh sinh lời. Trong khi tiềm năng phục hồi bạc từ các tấm pin năng lượng mặt trời là lớn. Với tỷ lệ thu thập và phục hồi thấp hiện tại, bạc tái chế từ các tấm pin năng lượng mặt trời chỉ có thể đóng góp một cách hạn chế vào nguồn cung bạc cho ngành công nghiệp năng lượng mặt trời trong một thời gian dài. Cộng đồng năng lượng mặt trời đang nỗ lực giải quyết vấn đề về bạc bằng cách thay thế nó bằng các kim loại phổ biến như đồng và nhôm.

Đồng tương đương với bạc và có thể thực tế được thay thế bằng bạc, nhưng vẫn tồn tại những thách thức về độ tin cậy cần phải giải quyết trước khi các cell pin có thể được sản xuất hàng loạt. Khi nói đến nhôm, nó có độ dẫn điện thấp hơn, tuy nhiên, nó có thể được sử dụng làm tiếp xúc phía sau, yêu cầu quá trình passivation ở mặt sau. So sánh các công nghệ như cell pin PERC (Passivated Emitter Rear Contact) /TOPCON (Tunnel Oxide Passivated Contact) /SHJ (Silicon Heterojunction cells), cell pin PERC có các tiếp xúc nhôm được in bằng màn hình với một lớp mặt sau được passivated, trong khi đối với cell pin TOPCON năng lượng mặt trời, sẽ có một lớp polysilicon n+ với lớp passivation SiN (Silicon Nitride) có các tiếp xúc Ag ở phía sau. Cell pin SHJ, ngược lại, có một lớp ITO (Indium Tin Oxide) với các tiếp xúc Ag được in bằng màn hình.

Tìm hiểu thêm: Công nghệ tấm pin mặt trờI 2023

Nhu cầu bạc tăng lên

Thông tin về dự báo về nhu cầu bạc có thể được tìm thấy trong bài báo mới nhất “The silver learning curve for photovoltaics and projected silver demand”. Các nghiên cứu đã dự báo rằng chỉ cần khoảng ~2,6 kt/năm nếu công nghệ PERC vẫn là ưa chuộng. Tuy nhiên, với sự mở rộng trong tương lai của ngành công nghiệp năng lượng mặt trời, sẽ có một tăng về nhu cầu hàng năm về bạc, đặc biệt là nếu có sự chuyển đổi sang các công nghệ n-type tăng cường bạc. Bài báo cũng cho thấy rằng sự gia tăng hiện tại trong việc áp dụng các công nghệ hiệu suất cao như TOPCON và SHJ tăng mạnh nhu cầu bạc, có thể tạo ra rủi ro cung ứng. Hình 2 thể hiện nhu cầu hàng năm về bạc cho ngành công nghiệp năng lượng mặt trời theo đơn vị kiloton/năm. Biểu đồ này thể hiện việc tiêu thụ bạc phụ thuộc vào công nghệ và thị phần, với dữ liệu từ IEA, Ngân hàng Thế giới, Viện Bạc và khảo sát về bạc.”

Nguồn: “The silver learning curve for photovoltaics and projected silver demand for net‐zero emissions by 2050”

Kết luận, việc tái chế các tấm pin mặt trời cũ có thể là phương pháp tốt nhất để cung cấp nguồn vật liệu bạc, tuy nhiên vẫn cần đầu tư và nghiên cứu thêm trong lĩnh vực này. Để hiểu rõ về phương pháp tái chế tấm pin mặt trời hiện tại trên thị trường và những thách thức liên quan, bạn có thể tham khảo bài viết “Tái chế Tấm Pin Mặt Trời”. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về các công nghệ hiện đại cho việc tái chế tế bào mặt trời thạch anh và mỏng.