Tìm hiểu tế bào quang điện trong pin mặt trời

Một phần quan trọng của công nghệ chuyển đổi năng lượng mặt trời là tế bào quang điện. Đây là một thành phần chính trong pin mặt trời. Có thể bạn đã nghe qua về tế bào quang điện. Nhưng bạn đã biết cách chúng hoạt động và tại sao chúng lại quan trọng đến vậy? Bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu về tế bào quang điện của pin mặt trời.

Tế bào quang điện là gì?

Tế bào quang điện (solar cell) hay còn được gọi là cell pin mặt trời. Đây là một loại thiết bị điện tử được chế tạo từ tinh thể silicon. Trên bề mặt của tế bào quang điện, chúng ta thường thấy các đường dẫn kim loại. Các đường dẫn kim loại này được sử dụng để thu thập electron được tạo ra bởi hiệu ứng quang điện. Thông qua quá trình này, tế bào quang điện có khả năng chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện.

Mỗi tấm pin mặt trời thường sẽ chứa khoảng từ 60 đến 70 cell pin.

Tế bào quang điện được tạo ra như thế nào?

Làm sạch silicon

Silicon dioxide được đưa vào lò hồ quang điện, sau đó đặt carbon vào lò để loại bỏ oxy. Kết quả thu được là carbon dioxide và silicon nóng chảy. Qua quá trình này, silicon được làm sạch và chỉ còn chứa một lượng nhỏ tạp chất. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là, dù đã qua quá trình làm sạch này. Silicon vẫn chưa đủ điều kiện để tạo thành cell pin mặt trời.

Để sản xuất silicon nguyên chất, ta cần nung chảy silicon. Ta cần đun nó đủ lâu để cho phép các tạp chất tụ lại ở một phía nhất đinh. Sau quá trình này, ta có thể tách riêng silicon nguyên chất và loại bỏ phần tạp chất.

Chế tạo silicon đơn tinh thể

Cell pin mặt trời được tạo ra từ các thỏi silicon, thường là dạng silicon đa tinh thể. Để biến chúng thành silicon đơn tinh thể, quá trình cần phải trải qua giai đoạn quan trọng được gọi là phương pháp Czochralski.

Làm tấm silicon

Tấm silicon được tạo ra bằng cách cắt lát riêng lẻ từ một bó silicon bằng cưa tròn kim cương. Quy trình cắt này cần phải loại bỏ một phần vật liệu để tạo ra một tấm silicon tròn. Sau đó, các tấm silicon này được đánh bóng để loại bỏ các vết cắt sần sùi, tạo ra các tấm silicon mịn và sáng bóng.

Pha tạp

Một phương pháp phổ biến để tạo hình thức pha tạp trong silicon là sử dụng máy gia tốc hạt nhỏ để bắn các ion photpho vào mẫu silicon. Bằng cách điều chỉnh tốc độ của các ion, chúng ta có khả năng kiểm soát độ sâu thâm nhập của chúng vào tấm silicon. Tuy nhiên, quá trình này vẫn chưa được chấp nhận hoàn toàn trong ngành công nghiệp sản xuất tế bào quang điện.

Đặt các tiếp điểm điện

Các tiếp điểm điện được sử dụng để kết nối các tế bào quang điện với nhau. Để đảm bảo các tế bào có thể tận dụng được tối đa ánh sáng mặt trời, phần tiếp xúc cần phải cực kỳ mỏng. Thông thường, các kim loại như đồng hoặc palladium được tinh chế trong môi trường chân không. Sau đó được lắng đọng trên phần tế bào tiếp xúc. Các phần tế bào tiếp xúc này thường được phủ một lớp bằng sáp. 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 để tạo ra kết nối điện dẫn ánh sáng mặt trời.

Lớp phủ chống phản xạ

Silicon nguyên chất thường có độ bóng, dẫn đến việc ánh sáng bị phản xạ khi mặt trời chiếu vào. Lượng ánh sáng bị phản xạ lên đến 35%. Để khắc phục và giảm lượng ánh sáng bị mất đi do hiện tượng phản xạ này. Chúng ta cần sử dụng một lớp phủ bằng titanium dioxide và silicon dioxide lên bề mặt silicon. Quá trình này bắt đầu bằng việc nung nóng vật liệu phủ cho đến khi các phần tử bên trong nó trở nên dạng hơi. Và di chuyển đến bề mặt silicon để ngưng tụ. Trong quá trình này, chúng ta cần sử dụng điện áp cao để đẩy các phần tử ra khỏi vật liệu phủ. Và đưa chúng vào silicon tại điện cực đối diện.

Đóng gói

Các tế bào pin mặt trời đã sản xuất xong sẽ trải qua quá trình đóng gói. Công đoạn này bao gồm bọc chúng kín đáo trong lớp cao su silicon hoặc ethylene vinyl acetate (EVA). Sau đó, các tế bào đã được đóng gói sẽ được đặt vào một khung nhôm. Tấm nền của khung thường được làm bằng vật liệu như thủy tinh hoặc nhựa.

Nguyên lý hoạt động của cell pin mặt trời

Solar cell thường có hai lớp. Bao gồm một cực âm và một cực dương, được sử dụng để tạo ra một điện trường. Khi các hạt năng lượng proton từ ánh sáng mặt trời bị hấp thụ bởi tế bào, chúng sẽ kích thích và giải phóng các electron. Sau đó, các electron này được dẫn xuống đáy của tế bào và đi qua các đường dẫn kim loại, tạo ra một dòng điện.

Các loại tế bào quang điện

Mono

Đây là loại tế bào được chế tạo từ silicon đơn tinh thể. Tế bào quang điện mono có độ tinh khiết cao, nhờ vậy mà các tế bào này có hiệu suất rất tối ưu và tuổi thọ lâu đời. Tuy nhiên, tế bào loại mono thường có giá thành khá cao.

Poly

Tế bào này được sản xuất từ silicon đa tinh thể. Được tạo ra thông qua quá trình đúc nóng chảy silicon vuông, sau đó được làm mát và đóng cứng một cách cẩn thận. Đây là loại tế bào được biết đến với sự linh hoạt và khả năng chịu nhiệt cao. Quá trình sản xuất của nó cũng đơn giản hơn và ít tốn kém hơn so với tế bào đơn tinh thể (Mono). Tuy nhiên hiệu suất mà nó mang lại sẽ kém hơn so với tế bào đơn tinh thế.

>>> Đọc thêm: So sánh pin mặt trời mono và poly

Các bạn vừa cùng EMPower tìm hiểu về tế bào quang điện trong pin mặt trời. Thôgn qua bài viết, chúng ta có thể nắm rõ hơn về tế bào quang điện là gì? Cách tạo ra tế bào quang điện, cũng như cách thức nó hoạt động.