Tìm hiểu tế bào quang điện từ A đến Z

Một câu hỏi cực kỳ phổ biến đối với những người đang tìm hiểu về năng lượng mặt trời là: Tế bào quang điện là gì? Chúng được cấu tạo như thế nào?

Nói một cách đơn thuần, những tấm pin mà bạn trông thấy trên những mái nhà được hình thành từ nhiều thành phần được liên kết lại với nhau, những thành phần này được gọi là tế bào quang điện và chúng hoạt động giải trí để hấp thụ ánh nắng mặt trời và chuyển hóa thành điện năng .
Ở bài viết này Nước Ta Solar sẽ giúp những bạn hiểu tất tần tật từ A – Z về tế bào quang điện : cách mà chúng được tạo ra là như thế nào cũng như những thông tin tương quan đến chúng .

Tế bào quang điện hay còn được gọi là pin quang điện (PV), là các phần tử bán dẫn hoạt động để tạo ra dòng điện trực tiếp từ ánh nắng của mặt trời.

Tế bào này khác với tế bào nhiệt mặt trời ( PVT ) có trong những máy nước nóng nguồn năng lượng mặt trời .
Các thành phần tạo điện mặt trời này được liên kết với mạch điện và được sắp xếp ngăn nắp, đồng đều trong một cái khung nhôm, chính là một tấm thu năng lượng mặt trời hoàn hảo .
Trong trong thực tiễn, solar cell thường được làm từ những chất bán dẫn silicon có năng lực hấp thụ ánh sáng mặt trời cao và quy đổi thành điện năng với hiệu suất tốt .
Hiện nay, những tấm pin nguồn năng lượng mặt trời “ xuất sắc ưu tú ”, có hiệu suất tốt bậc nhất được sử dụng trong những dự án Bất Động Sản gia dụng chỉ hoàn toàn có thể chuyển hóa được khoảng chừng 20 % ánh sáng mặt trời mà chúng nhận được đổi khác thành điện năng .
Có một vài loại pin mặt trời khác ứng dụng cho mục tiêu thương mại và công nghiệp hoàn toàn có thể đạt được hiệu suất cao lên đến 40 %, nhưng chúng có giá đắt hơn rất nhiều và ít tương thích với nhu yếu gia dụng .

2. Các loại tế bào quang điện:

Trên thị trường lúc bấy giờ, tấm pin nguồn năng lượng mặt trời gồm 2 loại thông dụng, sử dụng 2 loại tế bào quang điện Mono và Poly .

Mono:

Tế bào quang điện của tấm nền đơn được làm bằng silicon đơn tinh thể, có độ tinh khiết cao, thường đắt hơn những tế bào khác .
Các góc của những ô trông giống như chúng được cắt bớt, tạo thành một hình bát giác .
Bảng điều khiển và tinh chỉnh nguồn năng lượng mặt trời gồm có nhiều tế bào đơn lẻ được hiển thị dưới dạng hình ảnh hoa văn kim cương trắng nhỏ, được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất và giảm ngân sách linh phụ kiện .
Ưu điểm của loại tế bào quang điện khi tạo thành tấm nền là hiệu suất cao và thời hạn sử dụng vĩnh viễn. Đặc biệt hoạt động giải trí tốt ngay cả trong điều kiện kèm theo thiếu sáng .
Nhược điểm của tấm pin nguồn năng lượng mặt trời Mono là giá tiền khá cao so với những tấm pin khác .

Poly:

Tế bào quang điện Poly cell được làm từ những tế bào silicon đa tinh thể, được làm từ silicon hình vuông vắn đúc nóng chảy, được làm nguội và cứng cẩn trọng .
Đây là loại cell được sử dụng thông dụng, nó có độ co và giãn cao và chịu được nhiệt độ cao và quá trình sản xuất đơn thuần, rẻ tiền nên giá tiền cũng thấp hơn dòng Mono .
Vì giá tiền rẻ nên tế bào quang điện Poly kém hiệu suất cao hơn nhiều so với tế bào Mono .

3. Tế bào quang điện được cấu tạo như thế nào?

Giai đoạn 1: Làm sạch silicon

Điôxít silic được đặt trong lò điện hồ quang. Sau đó, một hồ quang carbon được vận dụng để giải phóng oxy. Các mẫu sản phẩm thu được là cacbon đioxit và silic nóng chảy .
Điều này sẽ tạo ra silicon chỉ với 1 % tạp chất, rất hữu dụng trong một số ít ngành công nghiệp. Tuy nhiên, nó vẫn chưa đủ tinh khiết để tạo ra tế bào quang điện .
Silicon, hiện là 99 % tinh khiết, sẽ được tinh chế thêm bằng cách sử dụng một thứ gọi là kỹ thuật vùng nóng chảy di động một thanh silicon không tinh khiết được đưa qua vùng nóng chảy hoạt động theo cùng một hướng .
Những gì quy trình này làm là kéo những tạp chất về một phía nhất định với mỗi lần đi qua. Đến một thời gian nhất định, silicon được coi là tinh khiết và những tạp chất sẽ được vô hiệu .

Giai đoạn 2: Chế tạo silicon đơn tinh thể

Pin mặt trời được làm từ những thanh silicon. Đây là một dạng đa tinh thể với cấu trúc nguyên tử của một tinh thể .
Phương pháp thường được sử dụng để tạo ra những thanh silicon này được gọi là Czochralski. Trong quy trình này, một tinh thể hạt silicon được nhúng vào silicon đa tinh thể nóng chảy .
Khi tinh thể hạt được rút ra, nó sẽ quay thành một thanh hình tròn trụ, đó là cách một thỏi silicon được hình thành. Thỏi này trọn vẹn tinh khiết, vì toàn bộ những tạp chất đã bị bỏ lại trong quy trình rút hạt .

Giai đoạn 3: Tạo tấm silicon

Tấm silicon được tạo thành từ một bó silicon được cắt ra riêng không liên quan gì đến nhau bằng cưa tròn. Máy cưa kim cương là tốt nhất cho việc làm này .
Quá trình cắt silicon này sẽ bị tiêu tốn lãng phí khoảng chừng nửa năm cho đến khi thu được một tấm silicon hình tròn trụ, và thậm chí còn hoàn toàn có thể mất nhiều thời hạn hơn thế nữa để liên tục cắt chúng thành hình chữ nhật hoặc hình lục giác ( vì những hình dạng này tương thích để gắn ngay ngắn trên khung bảng nguồn năng lượng mặt trời ) .
Tiếp theo, những tấm silicon được đánh bóng để vô hiệu những vết cưa sần sùi .

Giai đoạn 4: Doping

Hình thức pha tạp gần đây nhất (nói cách khác là thêm tạp chất cần thiết vào tấm silicon) với phốt pho là sử dụng một máy gia tốc hạt nhỏ để “bắn” các ion phốt pho vào thỏi silicon.

Bằng cách trấn áp vận tốc của những ion, điều này có nghĩa là độ sâu xâm nhập hoàn toàn có thể được trấn áp. Tuy nhiên, tiến trình này vẫn chưa được đồng ý trọn vẹn .

Giai đoạn 5: Đặt các tiếp điểm điện

Tiếp điểm điện được sử dụng để liên kết những tế bào quang điện riêng không liên quan gì đến nhau với nhau, giống như với bộ thu dòng điện được tạo ra. Các mặt tiếp xúc cần phải cực kỳ mỏng dính để không cản ánh sáng mặt trời chiếu vào những tế bào .
Các sắt kẽm kim loại như palladium hoặc đồng được thăng hoa chân không qua chất dẫn quang hoặc và lắng đọng trên phần tế bào tiếp xúc đã được phủ bằng sáp .
Sau khi những địa chỉ liên lạc được đặt vào vị trí, những bảng được đặt giữa những ô. Các loại laminates được sử dụng thông dụng nhất là đồng tráng thiếc .

Giai đoạn 6: Lớp phủ chống phản chiếu

Silicon nguyên chất sẽ có độ bóng tự nhiên nên sẽ phản xạ ánh sáng lên đến 35 % khi có ánh nắng mặt trời chiếu vào .
Để khắc phục và giảm sự thất thoát ánh sáng do những phản xạ này, chúng sẽ được phủ một lớp titanium dioxide và oxit silic. Vật liệu được sử dụng cho lớp phủ được đun nóng cho đến khi những hạt của nó sôi và vận động và di chuyển đến silucon để ngưng tụ .
Trong quy trình này, một điện áp cao sẽ đánh bật những hạt ra khỏi vật tư và sau đó gửi chúng vào silicon ở điện cực đối lập .

Giai đoạn 7 (cuối cùng): Đóng gói tế bào

Các pin mặt trời hoàn thành xong sẽ được đóng gói. Điều này có nghĩa là chúng được niêm phong trên cao su đặc silicon hoặc ethylene vinyl axetat. Sau đó, những tế bào đã được đóng gói được đặt trong một khung nhôm có kính hoặc nhựa và nắp đậy .

4. Nguyên tắc hoạt động:

Tế bào quang điện có cấu trúc gồm hai lớp, một lớp cực âm và một lớp cực dương dùng để tạo ra điện trường .
Khi những hạt nguồn năng lượng nhỏ, photon từ ánh sáng mặt trời hấp thụ vào tế bào, giải phóng những electron và dẫn nó xuống đáy tế bào và đi qua những con đường sắt kẽm kim loại, tạo ra điện .

Nguyên lý làm việc của tế bào quang điện

PV được coi là loại sản phẩm tự tạo thứ hai trong nỗ lực chinh phục nguồn bức xạ vô tận của mặt trời để sử dụng cho những nhu yếu của mình ( loại sản phẩm tiên phong là những tấm gương quy tụ nhiệt từ mặt trời để phản xạ vào mục tiêu nhiệt – xí nghiệp sản xuất nhiệt điện mặt trời ) .
PV trực tiếp tạo ra dòng điện, do đó sử dụng PV hiệu suất cao hơn nhiều so với việc sử dụng gương quy tụ trong những xí nghiệp sản xuất nhiệt điện mặt trời .
Sự quy đổi nguồn năng lượng trong tế bào quang điện dựa trên hiệu ứng quang điện xảy ra trong những cấu trúc bán dẫn không như nhau khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời .
Sự không như nhau trong cấu trúc của tế bào quang điện hoàn toàn có thể đạt được bằng cách : trộn cùng một chất bán dẫn với những tạp chất khác nhau ( tạo link pn ), hoặc phối hợp những chất bán dẫn khác nhau, hoặc đổi khác thành phần hóa học của chất bán dẫn để tạo ra những chất bán dẫn khác nhau, hoặc nó hoàn toàn có thể là sự tích hợp của những giải pháp trên .
Hiệu suất của quy trình chuyển hóa nguồn năng lượng nhờ vào vào đặc thù vật lý điện tử của cấu trúc bán dẫn cũng như đặc thù quang học của tế bào quang điện, trong đó vai trò quan trọng nhất là quang điện .
Quang điện được hình thành do hiệu ứng quang điện bên trong chất bán dẫn khi chúng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời .

5. Hiệu suất PV

Nhờ văn minh kỹ thuật, hiệu suất cao của PV đã tăng lên nhanh gọn. Hiệu suất quy đổi nguồn năng lượng của PV trong điều kiện kèm theo phòng thí nghiệm đã tăng đều đặn từ 18 % ( 1970 ) lên 28,5 % ( so với tinh thể silic ) và 35 % ( so với loại 2 lớp : gali arsenit và kháng gali ) .
Có hai loại PV được sử dụng thời nay : PV tinh thể silic với tỷ lệ 75 % và PV phốt pho-25 %. Sợi PV dày 1-2 µm có hiệu suất 16 %, giá tiền rất rẻ .
Các thông số kỹ thuật thao tác của những loại PV được đo lường và thống kê cho nhiệt độ không khí xung quanh khoảng chừng 25 oC .
Tổn thất không hề đảo ngược ( hoặc hiệu suất quy đổi nguồn năng lượng ) trong PV tương quan đến :

• Sự phản xạ bức xạ mặt trời từ bề mặt PV.
• Khả năng một phần bức xạ đi qua tế bào quang điện mà không bị tế bào quang điện hấp thụ.
• Tán xạ do dao động nhiệt của chùm phôtôn thừa năng lượng.
• Sự tái hợp của các cặp phôtôn trên bề mặt và trong lòng của tế bào quang điện.
• Trở kháng bên trong của bộ biến đổi và một số quá trình vật lý khác.

Để giảm thiểu những loại tổn thất, người ta thường vận dụng những giải pháp sau :

• Sử dụng chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm tối ưu cho bức xạ mặt trời.
• Cải thiện các đặc tính của cấu trúc bán dẫn bằng cách tối ưu hóa hợp kim và tạo ra điện trường tổng hợp.
• Chuyển đổi cấu trúc từ đồng nhất sang không đồng nhất và pha tạp.
• Tối ưu hóa các thông số thiết kế của tế bào quang điện (độ sâu của tiếp giáp p-n, độ dày của lớp đế, tần số của lưới tiếp xúc, v.v.).
• Sử dụng màng phủ quang học đa chức năng tự làm sạch, tự điều nhiệt và bảo vệ tế bào quang điện khỏi bức xạ vũ trụ.
• Thiết kế tế bào quang điện trong suốt trong vùng sóng dài của quang phổ mặt trời phía sau ranh giới của dải hấp thụ chính.
• Tạo ra các tế bào quang điện phân lớp (xếp tầng) từ các chất bán dẫn được chọn lọc đặc biệt theo độ rộng của vùng cấm, cho phép chuyển đổi theo từng tầng của bức xạ đi qua tầng trước đó.

Ngoài ra, hiệu suất cao của tế bào quang điện còn được nâng cao nhờ : sản xuất bộ chuyển đổi với độ nhạy hai mặt ( lên đến + 80 % so với loại một mặt hiện có ) sử dụng những cấu trúc phát quang-tái phát quang, sử dụng thấu kính Frenel để tách quang phổ bắt đầu của mặt trời thành 2 hoặc nhiều vùng bằng bộ phân loại ánh sáng nhiều lớp bằng phim quy đổi từng vùng quang phổ bằng những ô riêng không liên quan gì đến nhau, v.v.
Hy vọng bài viết này sẽ tương hỗ những bạn hoàn toàn có thể mạng lưới hệ thống lại kiến thức và kỹ năng của mình cũng như có kiến thức và kỹ năng tổng quan hơn về tế bào quang điện .

Nói chung, xét về mặt môi trường, năng lượng mặt trời là an toàn nhất trong tất cả các nguồn năng lượng.

Khi xét đến nguồn cung ứng bức xạ mặt trời có sẵn phần nhiều vô tận, chắc như đinh nhiều chuyên viên xem nguồn nguồn năng lượng mặt trời là nguồn nguồn năng lượng đầy hứa hẹn nhất cho tương lai .

Hãy liên hệ Việt Nam Solar qua các phương thức:

• Email: [email protected]
• Hotline: 6060.660

Để được thưởng thức dịch vụ tư vấn cũng như những giải pháp tốt nhất cho mạng lưới hệ thống nguồn năng lượng mặt trời của bạn .

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử