Cấu tạo và nguyên lí hoạt động tế bào quang điện

Tế bào quang điện là thành phần chính cấu thành nên tấm pin năng lượng mặt trời. Vậy tế bào quang điện là gì? Cấu tạo thế nào? Nguyên lý hoạt động ra sao? Ở bài viết này, chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn một cách chi tiết và đầy đủ nhất. Nào hãy cùng theo dõi nhé!

Tế bào quang điện là gì?

Tế bào quang điện trong tiếng anh có tên gọi là Solar Cell, đây là thiết bị điện được chế tạo từ silicon có dạng tinh thể.

Ở bề mặt tế bào quang điện phủ các đường dẫn bằng kim loại nhằm thu electron tạo ra hiệu ứng quang điện, đem đến sự biến đổi quang năng thành điện năng.

Tế bào quang điện được tạo ra như thế nào?

Bước 1: Làm sạch silicon

Các silicon dioxide được cho vào lò hồ quang điện, sau đó đặt hồ quang carbon vào để giải phóng lượng oxy. Sản phẩm thu được là carbon dioxide và silicon nóng chảy. Nhờ quá trình này mà silicon được làm sạch và chứa 1 phần nhỏ tạp chất. Tuy nhiên silicon này vẫn chưa đủ điều kiện để tạo ra pin quang điện.

Silicon cần được nóng chảy di động để kéo hết các tạp chất về 1 phía nhất định. Cuối cùng sẽ tạo ra được silicon nguyên chất và bỏ đi phần tạp chất.

Bước 2: Chế tạo silicon đơn tinh thể

Tế bào điện mặt trời được làm từ những thỏi silicon. Sản phẩm này là silicon đa tinh thể vì thế muốn chuyển hóa thành silicon đơn tinh thể thì cần phải trải qua giai đoạn Czochralski.

Bước 3: Làm tấm silicon

Tấm silicon cấu tạo từ bó silicon được cắt lát riêng lẻ bằng cưa tròn kim cương. Quy trình cắt silicon này sẽ tạo ra hao hụt cho đến lúc có được 1 tấm silicon tròn. Tiếp theo, các tấm silicon được đánh bóng để loại bỏ những vết cưa sần sùi.

Bước 4: Pha tạp

Gần đây hình thức pha tạp được sử dụng nhiều nhất bằng photpho là sử dụng máy gia tốc hạt nhỏ để bắn các ion photpho vào thỏi silicon. Bằng cách kiểm soát tốc độ của các ion, điều này có nghĩa là ta có thể kiểm soát được độ sâu thâm nhập. Tuy nhiên, quá trình này vẫn chưa được chấp nhận hoàn toàn.

Bước 5: Đặt các tiếp điểm điện

Các tiếp điểm điện được sử dụng để kết nối từng tế bào quang điện với nhau. Phần tiếp xúc cần phải cực kỳ mỏng để chúng không cản trở ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào. Các kim loại như đồng hay palladium được thăng hoa chân không qua chất quang dẫn hoặc lắng đọng trên phần tế bào tiếp xúc đã được phủ một lớp bằng sáp. Sau khi các tiếp điểm được đặt đúng vị trí, các ván mỏng thường là đồng tráng thiếc sẽ được đặt giữa các ô tế bào.

Bước 6: Lớp phủ chống phản quang

Silicon nguyên chất sẽ có độ bóng tự nhiên nên sẽ phản xạ ánh sáng lên đến 35% khi mặt trời chiếu vào. Chúng ta sẽ phủ 1 lớp titanium dioxide và silicon dioxide để khắc phục và giảm lượng ánh sáng hao hụt do phản quang này. Vật liệu được sử dụng cho lớp phủ được nung nóng cho đến khi các phần tử của nó sôi lên và di chuyển đến silicon để ngưng tụ. Trong quá trình này, điện áp cao sẽ đánh bật các phần tử ra khỏi vật liệu và sau đó gửi chung vào silicon ở điện cực đối diện.

Bước 7: Đóng gói tế bào

Các tế bào solar đã hoàn thành sẽ được đóng gói. Điều này có nghĩa là chúng được nghiêm phong vào cao su silicon hoặc ethylene vinyl acetate. Các tế bào được đóng gói sau đó được đặt vào một khung nhôm có tấm nền bằng vỏ thủy tinh hoặc nhựa.

Ứng dụng tế bào quang điện

– Tế bào quang điện có thể cảm biến ánh sáng, chiếu sáng sân vườn.

– Sử dụng để thay pin cho máy tính, đồng hồ…

– Sản xuất điện và cung cấp năng lượng cho nhà máy điện.

– Lắp cho các thiết bị, phương tiện đi lại sử dụng năng lượng mặt trời.

Phân loại tế bào quang điện

Thị trường hiện nay có 2 loại tế bào quang điện tiêu biểu nhất đó là: Mono và Poly. Hãy cùng tìm hiểu về 2 loại này nhé!

Tế bào quang điện Mono

– Gồm silicon đơn tinh thể rất tinh khiết, có giá đắt hơn những tế bào khác.

– Pin Mono sẽ tập hợp gồm tế bào Mono đơn giúp tối ưu hóa hiệu suất, giảm chi phí thành phần.

– Hiệu suất của nó thường cao, có thể dùng trong thời gian dài lâu.

Tế bào quang điện Poly

– Gồm silicon đa tinh thể, được tạo ra từ các silicon vuông đúc nóng chảy. Có thể làm mát và cứng lại.

– Tế bào này thường giản nở và chịu nhiệt tốt, ít tốn kém.

– Hiệu suất của nó kém hơn tấm Mono một phần bởi chi phí sản xuất thấp.

Quá trình chế tạo tế bào quang điện qua từng giai đoạn

Để chế tạo bạn thực hiện theo 7 bước sau:

Giai đoạn 1: Làm sạch silicon

Silicon dioxide sẽ được cho vào lò hồ quang điện và đặt các hồ quang carbon để giải phóng oxy. Lúc này sản phẩm thu được sẽ là carbon dioxide và silicon.

Từ đó silicon sẽ được làm sạch và có 1 phần nhỏ tạp chất. Nhưng silicon vẫn chưa thể tạo ra pin quang điện.

Do đó silicon phải nóng chảy nhằm kéo tạp chất về 1 nơi nhất định. Sau đó các silicon nguyên chất sẽ xuất hiện và loại bỏ tạp chất gây hại.

Giai đoạn 2: Chế tạo silicon đơn tinh thể

Tế bào điện mặt trời sẽ được chế tạo từ các thỏi silicon. Để chuyển hóa silicon đa tinh thể thành silicon đơn tinh thể bắt buộc phải trải qua bước Czochralski.

Giai đoạn 3: Làm tấm silicon

Tấm silicon sẽ gồm bó silicon tách riêng lẻ bằng cách cưa tròn kim cương. Quá trình cắt silicon tạo ra sự hao hụt tới khi có được tấm silicon trong. Những tấm silicon được đánh bóng nhằm đào thải các vết cưa sần sùi.

Giai đoạn 4: Pha tạp

Hiện nay cách pha tạp được dùng nhiều nhất là bằng photpho. Đây là phương pháp dùng máy gia tốc hạt nhỏ bắn ion photpho vào thỏi silicon.

Nhờ vậy, tốc độ ion sẽ được kiểm soát. Điều này đồng nghĩa với việc ta có thể kiểm soát độ sâu thâm nhập, nhưng quá trình này vẫn chưa được hoàn toàn chấp thuận.

Giai đoạn 5: Đặt các tiếp điểm điện

Tiếp điểm điện được dùng để kết nối các tế bào quang điện lại gần nhau. Tiếp điểm này phải mỏng để nó không cản trở ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào.

Nhưng kim loại đồng hoặc palladium sẽ thăng hoa chân không nhờ chất quang dẫn hoặc lắng đọng ở tế bào tiếp xúc có phủ lớp sáp. Nếu các tiếp điểm đã đặt đúng vị trí, ván mỏng làm bằng đồng tráng thiếc sẽ đặt ở giữa những ô tế bào.

Giai đoạn 6: Lớp phủ chống phản quang

Silicon nguyên chất sẽ phản xạ ánh sáng tới 35% khi áng sáng mặt trời chiếu vào. Lúc này ta chỉ cần phủ lớp titanium dioxide và silicon dioxide để xử lý.

Các vật liệu được dùng cho lớp phủ sẽ được đun nóng cho tới khi những phần tử của nó sôi lên và dịch chuyển tới silicon để ngưng tụ. Điện áp ở quá trình này sẽ cao nên đánh bật được phần tử ra khỏi vật liệu và gửi gộp vào silicon.

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

Những tế bào Solar sau khi đã kết thúc sẽ được đóng gói, niêm phong vào cao su silicon hoặc ethylene vinyl acetate. Sau đó nó sẽ được để vào khung nhuôm có tấm nền bằng nhựa hoặc thủy tinh.

Từ khóa:

• Kim loại tế bào quang điện
• Tế bào quang điện Vật lý 12
• Kim loại dùng để chế tạo tế bào quang điện
• Lý thuyết tế bào quang điện

Nội dung liên quan:

• MCB là gì? Cấu tạo, phân loại và cách chọn của mcb như thế nào
• Hướng dẫn cách vệ sinh điều hòa Panasonic Inverter
• Giải quyết sự cố hệ thống làm mềm nước công nghiệp