Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện

Tế bào quang điện là gì ?

Tế bào quang điện ( Photovoltaic – PV ) là một thành phần điện tử tạo ra điện khi tiếp xúc với những photon hoặc những hạt ánh sáng. Sự quy đổi này được gọi là hiệu ứng quang điện

Lịch sử của tế bào quang điện

Hiệu ứng quang điện được phát hiện vào năm 1839 bởi nhà vật lý người Pháp Edmond Becquerel. Mãi đến những năm 1960, tế bào quang điện mới tìm thấy ứng dụng thực tiễn tiên phong của chúng trong công nghệ tiên tiến vệ tinh. Các tấm pin mặt trời được tạo thành từ những mô-đun tế bào quang điện mở màn Open trên những mái nhà vào cuối những năm 1980. Công suất quang điện đã được tăng trưởng không thay đổi kể từ đầu trong số 21 thế kỷ, do việc thiết kế xây dựng những trang trại nguồn năng lượng mặt trời khổng lồ .

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động giải trí của tế bào quang điện

Tế bào quang điện được làm bằng vật tư bán dẫn hấp thụ những photon do mặt trời phát ra và tạo ra dòng electron. Các photon là những hạt cơ bản mang bức xạ mặt trời với vận tốc 300.000 km / giây. Vào những năm 1920, Albert Einstein gọi chúng là “ hạt ánh sáng ”. Khi những photon va chạm vào một vật tư bán dẫn như silicon, chúng sẽ giải phóng những electron khỏi nguyên tử của nó, để lại một khoảng trống. Các electron đi lạc hoạt động xung quanh một cách ngẫu nhiên tìm kiếm một “ lỗ trống ” khác để lấp đầy .

Tuy nhiên, để tạo ra một dòng điện, các electron cần phải chạy theo cùng một hướng. Điều này đạt được khi sử dụng hai loại silicon. Lớp silicon tiếp xúc với mặt trời được pha tạp với các nguyên tử phốt pho, có nhiều điện tử hơn silicon, trong khi mặt kia được pha tạp với nguyên tử bo, có ít hơn một điện tử. Kết quả là nó hoạt động giống như một cục pin: Lớp có điện tử dư thừa sẽ trở thành cực âm (n) và bên có thiếu điện tử sẽ trở thành cực dương (p). Một điện trường được tạo ra tại phần tiếp giáp giữa hai lớp.

Khi những electron bị kích thích bởi những photon, chúng bị điện trường quét về phía n, trong khi những lỗ trống trôi về phía p. Các electron và lỗ trống được hướng đến những tiếp điểm điện đặt vào cả hai phía trước khi chảy ra mạch ngoài dưới dạng nguồn năng lượng điện. Điều này tạo ra dòng điện một chiều. Một lớp phủ chống phản xạ được thêm vào trên cùng của tế bào để giảm thiểu sự thất thoát photon do phản xạ mặt phẳng .

Hiệu suất tế bào quang điện

Hiệu suất là tỷ số giữa hiệu suất điện do tế bào tạo ra với lượng ánh sáng mặt trời nó nhận được. Để đo hiệu suất, những tế bào quang điện được phối hợp với nhau thành tấm pin mặt trời. Các tấm pin thu được sau đó được đặt trước một bộ mô phỏng nguồn năng lượng mặt trời, mô phỏng điều kiện kèm theo ánh sáng mặt trời lý tưởng : 1.000 watt / mét vuông ( W ) ở nhiệt độ môi trường tự nhiên là 25 °C. Công suất điện do mạng lưới hệ thống tạo ra, hay hiệu suất đỉnh, là Xác Suất của nguồn năng lượng mặt trời đến. Nếu tấm pin mặt trời có diện tích quy hoạnh một mét vuông tạo ra hiệu suất điện 200 W thì nó có hiệu suất là 20 %. Hiệu suất triết lý tối đa của một tế bào quang điện là khoảng chừng 33 %. Đây được gọi là số lượng giới hạn Shockley-Queisser .
Trong thực tiễn, lượng điện được sản xuất bởi một tế bào, được gọi là sản lượng của nó, dựa trên hiệu suất của nó, lượng nắng trung bình hàng năm của khu vực xung quanh và kiểu lắp ráp. Bức xạ mặt trời sự cố đổi khác đáng kể, đo 1 megawatt-giờ trên mét vuông mỗi năm ( MWh / sq. m / y ) ở khu vực Paris so với khoảng chừng 1,7 MWh / sq. m / y ở miền nam nước Pháp và gần 3 MWh / sq. m / y ở sa mạc Sahara. Điều này có nghĩa là một tấm pin mặt trời có xếp hạng hiệu suất 15 % sẽ tạo ra 150 kWh / mét vuông / năm ở Paris và 450 kWh / mét vuông / năm ở Sahara .

Các loại tế bào quang điện

Có ba loại tế bào quang điện chính, hiệu suất cao quy đổi của nó luôn được cải tổ .

Tế bào silicon tinh thể
Silicon được chiết xuất từ ​​silica. Loại thứ hai có nhiều dạng, bao gồm cả thạch anh, được tìm thấy với số lượng lớn trong cát. Tế bào silicon chiếm hơn 95% thị trường pin mặt trời. Trong các ứng dụng thương mại, hiệu suất của chúng dao động từ 16,5% đến 22%, tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng.

Trong chiêu thức gia công nguội, silicon được cấu trúc bởi nhiều tinh thể và được gọi là đa tinh thể. Tế bào này dễ sản xuất và có hiệu suất trong phòng thí nghiệm vượt quá 22 %. Trong giải pháp kéo-từ-tan chảy, silicon được quy đổi thành một cấu trúc đơn tinh thể lớn và được gọi là đơn tinh thể. Nó có hiệu suất phòng thí nghiệm lên đến 26,6 %. Giá của những tế bào silicon đã giảm trong những năm gần đây, khiến điện mặt trời có năng lực cạnh tranh đối đầu rất tốt với những nguồn điện khác

Tế bào màng mỏng
Thay vì cắt các tấm silicon có kích thước khoảng 200 micron2 (1 micron bằng 1/1000 milimet), có thể lắng đọng vật liệu bán dẫn thành các lớp mỏng chỉ dày vài micron trên một chất nền như thủy tinh hoặc nhựa. Các chất thường được sử dụng là cadmium telluride và đồng indium gallium selenide (CIGS), có hiệu suất trong phòng thí nghiệm gần với silicon, lần lượt là 22,1% và 23,3%. Silicon vô định hình (không kết tinh) cũng có thể được sử dụng để tạo ra các tế bào màng mỏng. Công nghệ này từ lâu đã được áp dụng trong các máy tính nhỏ nhưng hiệu quả kém hơn so với silicon.

Tế bào hữu cơ 
Pin mặt trời hữu cơ sử dụng các phân tử hữu cơ hoặc polyme thay vì khoáng chất bán dẫn đang bắt đầu được ứng dụng thương mại. Các tế bào này tiếp tục có hiệu suất chuyển đổi thấp và thời gian tồn tại ngắn nhưng có khả năng là một giải pháp thay thế chi phí thấp về mặt sản xuất. Một công nghệ khác, pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm với sắc tố cảm quang, lấy cảm hứng từ quá trình quang hợp, đang bắt đầu thu hút sự chú ý.

Nghiên cứu trước đó về quang điện hữu cơ ( OPV ) đã dẫn đến việc phát hiện ra một loại tế bào mới gọi là perovskite, sử dụng những hợp chất vô cơ-hữu cơ lai làm vật tư hoạt động giải trí. Perovskites đã đạt được hiệu suất cao trong phòng thí nghiệm tương thích với hiệu suất cao của những công nghệ tiên tiến khác ( kỷ lục là 23,7 % ) .
Mặc dù vẫn cần phải triển khai rất nhiều nghiên cứu và điều tra trước khi tế bào hoàn toàn có thể được sản xuất hàng loạt ( tính không không thay đổi là một yếu tố ), perovskites có nhiều ưu điểm. Ngoài khối lượng nhẹ và linh động, vật tư của chúng hoàn toàn có thể được trộn với mực và vận dụng cho những mặt phẳng lớn. Hơn nữa, chúng cực kỳ hiệu suất cao về ngân sách để sản xuất .

Công nghệ tế bào quang điện

Hiện nay, những nhà khoa học trên quốc tế đang điều tra và nghiên cứu tích hợp những công nghệ tiên tiến quang điện khác nhau để tạo ra những tế bào đa điểm nối. Việc sử dụng những vật tư khác nhau được cho phép những tế bào đạt được hiệu suất cao hơn nhiều so với số lượng giới hạn triết lý tối đa ( 33,5 % ), trong khi vẫn trấn áp được chi phí sản xuất. Nghiên cứu hầu hết tập trung chuyên sâu vào những tế bào silicon màng mỏng dính, mang lại hiệu suất triết lý là 43 %. Hiệu suất triết lý tối đa của tế bào đa điểm nối lớn hơn 50 % .

Công ty TNHH Năng lượng Quang Điện chuyên lắp điện năng lượng mặt trời, Chúng tôi cung cấp tới khách hàng các hệ thống điện mặt trời tốt nhất, cho hiệu suất cao, vận hành bền bỉ, an toàn và đảm bảo thẩm mỹ với giá thành hợp lý.

Công ty TNHH Năng lượng Quang Điện

Địa chỉ : Phòng 746 CT10A – Khu đô thị Đại Thanh – Thanh Trì – TP.HN

Liên hệ: 0973.356.328

5/5 – ( 1 bầu chọn )

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