Tế bào quang điện chính là các cell pin, các ô pin nhỏ trong một tấm pin mặt trời. Mỗi tấm pin sẽ gồm có 60 đến 70 cell pin, chúng thường được làm từ vật liệu silicon cho khả năng chuyển đổi lượng ánh sáng hấp thu thành năng lượng điện. Tuy nhiên, để giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về tế bào quang điện, chúng tôi đã tổng hợp các thông tin chi tiết dưới đây, cùng tham khảo ngay bạn nhé!
Tế bào quang điện là gì?
Tế bào quang điện hay còn gọi là cell pin (solar cell), là thành phần chính cấu tạo nên một tấm pin mặt trời. Nó có chức năng chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang điện. Mỗi một tấm pin mặt trời thường bao gồm 60 đến 70 cell pin.
Các cell pin hay tế bào quang điện được làm bằng vật liệu bán dẫn. Là loại vật liệu dẫn điện tốt hơn chất cách điện nhưng không dẫn điện tốt như kim loại. Phần lớn, các cell pin hiện nay đều được chế tạo từ chất bán dẫn silicon.
Về hiệu suất của tế bào quang điện, đó là tỷ lệ giữa lượng điện năng phát ra từ tế bào quang điện so với lượng năng lượng ánh sáng chiếu vào nó. Chỉ số này sẽ phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và đặc tính của các tế bào quang điện.
Nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện
Khi ánh sáng chiếu vào tế bào quang điện, chúng có thể bị hấp thụ, phản xạ hoặc truyền thẳng qua tế bào. Đối với phần ánh sáng bị hấp thụ, năng lượng của chúng được truyền sang electron (các hạt mang điện tích âm). Kích thích các electron di chuyển đến lớp dương một cách tự nhiên, tạo ra sự chênh lệch điện thế giữa lớp dương và lớp âm. Khi hai lớp được nối với mạch ngoài, các electron sẽ chạy trong mạch và tạo ra dòng điện.
Cấu tạo tế bào quang điện
Tập hợp nhiều tế bào quang điện sẽ tạo ra một tấm pin quang điện. Mỗi một tế bào quang điện lại được cấu thành từ nhiều lớp chất bán dẫn. Trong đó, có một lớp mang điện tích dương và lớp tiếp theo mang điện tích âm. Đồng thời, phủ lên bề mặt tế bào là một lớp chống phản chiếu để giảm sự thất thoát ánh sáng. Một lớp tiếp xúc ở mặt trên và mặt dưới của tế bào để hoàn thiện mạch điện và dẫn dòng điện ra bên ngoài.
Các loại tế bào quang điện (cell pin)
Phần lớn các tế bào quang điện hiện nay đều được làm từ vật liệu silicon, tuy nhiên một số khác được làm từ vật liệu bán dẫn khác. Điều này tạo ra các loại tế bào quang điện khác nhau. Gồm có:
Tế bào quang điện silicon
Silicon là vật liệu bán dẫn có hiệu suất cao nên được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất pin mặt trời. Các tế bào quang điện dạng này thường được lắp ráp thành một hệ thống giàn pin lớn và lắp đặt trên mái nhà dân dụng hoặc trên giá đỡ gắn trên mặt đất.
Tế bào quang điện màng mỏng
Tế bào quang điện loại này được làm từ các lớp vật liệu bán dẫn rất mỏng, chẳng hạn như cadmium Telluride hoặc đồng indium gallium diselenide. Độ dày của các lớp tế bào này chỉ vài micromet, tức khoảng vài phần triệu mét. Điều này giúp các tấm pin màng mỏng trở nên linh hoạt với trọng lượng nhẹ và khả năng uốn cong dễ dàng.
Với đặc tính này, pin màng mỏng thường được ứng dụng trong các dự án di động như trên xe ô tô, tàu thuyền, cửa sổ… hay các ứng dụng đòi hỏi ít năng lượng hơn vì hiệu suất của loại pin này thường kém hơn so với pin mặt trời silicon.
Tế bào quang điện III-V
Tế bào quang điện III-V hay pin mặt trời III-V là công nghệ quang điện thứ ba được đặt tên theo nguyên tố tạo nên chúng. Đó là các nguyên tố thuộc nhóm III như: gali và indium hay Nhóm V như: asen và antimon của bảng tuần hoàn. Các tấm pin loại này có hiệu suất cao nên giá thành thường đắt hơn nhiều so với các công nghệ khác. Do đó, chúng thường được ứng dụng trong không gian vệ tinh, máy bay không người lái hoặc các ứng dụng yêu cầu tỷ lệ công suất trên trọng lượng cao.
Tế bào quang điện thế hệ tiếp theo
Đó là những công nghệ quang điện thế hệ tiếp theo, chẳng hạn như pin mặt trời hữu cơ, pin mặt trời perovskites (lai hữu cơ – vô cơ)… Những công nghệ này có thể mang lại chi phí thấp hơn, dễ sản xuất hơn hoặc mang đến nhiều lợi ích khác. Tuy nhiên đây là những công nghệ vẫn đang được nghiên cứu và chưa được mở rộng ở quy mô thương mại. Vì vậy cần nghiên cứu sâu hơn để mang đến những công nghệ tế bào quang điện tốt nhất.
Quy trình tạo ra một tế bào quang điện
Vì pin mặt trời silicon là loại công nghệ quang điện được sử dụng phổ biến nhất hiện nay nên chúng tôi sẽ trình bày cách chế tạo một tế bào quang điện silicon, bao gồm các bước sau:
B1: Tinh chế silicon
Đưa nguyên liệu thô silicon dioxide vào lò hồ quang điện để giải phóng oxy và thu được carbon dioxide cùng silicon. Tuy nhiên silicon lúc này vẫn chưa tinh khiết và phải trải qua một công đoạn nữa mới có thể chế tạo tế bào quang điện.
B2: Chế tạo silicon đơn tinh thể
Từ silicon vẫn còn tạp chất, trải qua giai đoạn Czochralski sẽ thu được các thỏi silicon đơn tinh thể. Cũng trong quá trình này, photpho thường được thêm vào để tạo ra vật liệu bán dẫn có tính năng dẫn điện.
B3: Cắt thành các tấm silicon
Silicon dạng thỏi sau đó sẽ được cắt thành các tấm mỏng, độ dày chỉ như một tờ giấy.
B4: Lớp phủ chống phản quang
Do các tấm silicon cắt ra có độ bóng cao, dễ phản chiếu ánh sáng mặt trời nên các nhà sản xuất đã phủ lên tấm silicon một lớp phủ chống phản chiếu.
B5: Đặt các tiếp điểm điện
Sau khi hoàn thành các bước trên, trên bề mặt tấm silicon sẽ được tích hợp một mạng lưới dây dẫn kim loại để dòng điện có thể chạy qua đó.
Cuối cùng, các tế bào quang điện hoàn thiện sẽ được ghép nối với nhau để tạo ra một tấm pin mặt trời hoàn chỉnh.
Trên đây là những thông tin cần biết về tế bào quang điện, hi vọng đã giúp bạn đọc có thêm những kiến thức bổ ích. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào về bài viết cũng như các kiến thức trong lĩnh vực điện mặt trời, hãy liên hệ cho chúng tôi ngay nhé!
ĐIỆN MẶT TRỜI VIỆT NAM SUNEMIT – UY TÍN, CHẤT LƯỢNG
Hotline: 0826 889 489 – 0946 868 498
Website: dienmattroivietnam.com
Trụ sở chính: Tầng 12 tòa nhà Tech, 181 Nguyễn Lương Bằng, Quang Trung, Đống Đa, Hà Nội