Từ xa xưa, mặt trời đã tồn tại như vật thể mà không chỉ duy trì mà còn giúp nâng cao chất lượng cuộc sống của mỗi con người. Người xưa đã biết cách tận dụng năng lượng mặt trời cho công việc hằng ngày như nấu nướng, làm muối… Đến bây giờ, năng lượng mặt trời còn là một “vũ khí” của con người để làm chậm lại, và thậm chí đảo ngược tiến trình biến đổi khí hậu.
Vậy các bạn có tò mò quá trình đó đã diễn ra thế nào không? Hãy cùng COSMOS nhìn lại sự hình thành và phát triển của năng lượng mặt trời nhé.
Vào năm 1839, con người lần đầu tiên phát hiện ra cách biến quang năng thành điện năng, điều bất ngờ rằng, không phải nhờ công lao của một nhà bác học thiên tài mà là nhờ một cậu thanh niên 19 tuổi tên Edmond Becquerel. Trong lúc làm việc tại phòng thí nghiệm của cha mình, Edmond đã phủ lên hai điện cực platinum bằng muối bạc bromide (AgBr) và bạc chloride (AgCl), rồi nhúng chúng vào một hộp kín sáng chứa dung dịch điện phân có hai ngăn. Khi Edmond chiếu sáng một ngăn thì cây kim trên chiếc điện kế đặt trên dây nối 2 điện cực di chuyển. Cũng từ đó, nhân loại đã lần đầu tiên khám phá ra hiện tượng quang điện, điều mà cũng chính là bước đầu tiên của việc biến điện mặt trời thành hiện thực.
Edmond Becquerel, sau này, là người đặt nền móng cho chiếc máy ảnh và là cha của Antoine Henri Becquerel — người khám phá ra tính phóng xạ, nhà vật lý đạt giải Nobel năm 1903, nhưng người tiếp nối ông trên con đường tạo nên tấm pin mặt trời lại là 2 người Anh, Richard Evans Day và William Grylls Adams.
Năm 1876, bằng cách chiếu sáng một đoạn nối giữa selenium (Se) và platinum (Pt), họ đã tạo ra được điện năng từ ánh sáng. Cuối cùng, vào năm 1883, Charles Fritts tạo ra tế bào quang điện đầu tiên bằng cách phủ một lớp vàng rất mỏng lên selenium. Và thế là ta đã có tấm pin năng lượng mặt trời đầu tiên. Với hiệu quả 1% và tốn ít nhất, theo lời Charles thừa nhận, là 100$ thời giá bấy giờ, hay khoảng 3,200$ vào năm 2024 – một con số không hề nhỏ.
Thế là loại pin đó nhanh chóng bị lãng quên, Charles Fritts cũng dừng việc nghiên cứu, ông đã nói rằng: “Hoàn cảnh đã, hoàn toàn trái ý muốn của tôi, bắt tôi dành thời gian nghiên cứu một ngành khoa học khác, tôi không muốn cản trở ai có thể hoàn thành công trình này nhanh hơn tôi, nên tôi sẽ đưa kết quả nghiên cứu cho ai cần…”.
Vài năm sau, Aleksandr Stoletov đã phát hiện ra một hiện tượng quan trọng: pin cũng giống như con người, làm lâu cũng kiệt sức.
Đến 1905, loài người sau bao năm mò mẫm chế tạo pin mặt trời cuối cùng cũng đã hiểu pin mặt trời hoạt động như thế nào nhờ bộ não của Albert Einstein. Ông cho rằng ánh sáng mang tính chất của sóng, gọi là photon. Khi các photon tiến đến các nguyên tử kim loại với năng lượng đủ lớn, các electron của nguyên tử kim loại sẽ hấp thụ toàn bộ năng lượng của photon và thoát ra khỏi bề mặt kim loại. Hiểu được nguyên lý trên, các nhà khoa học đã phát triển loại pin có hiệu suất tốt và có tính ứng dụng cao hơn, với Daryl Chapin, Gerald Pearson và Calvin Fuller đã phát minh ra tế bào quang điện được làm bằng các tấm silicon bán dẫn với hiệu suất 6%, sau đó được thay thế bởi tấm pin của đại học New South Wales với hiệu suất 20% vào năm 1985.
Kể từ đó đến nay, loài người vẫn không ngừng phát triển các tấm pin mặt trời với hiệu suất cao hơn. Theo thông tin mới nhất, tấm pin năng lượng mặt trời của các nhà nghiên cứu từ viện Fraunhofer ISE đạt được hiệu suất 47.6% vào năm 2022 hay cũng chính là tín hiệu đáng mừng cho sự phát triển của loại điện năng này.
