Xesi được Dùng Làm Tế Bào Quang điện | Cốp Pha Việt

Xesi được dùng làm tế bào quang điện bởi chúng là các phần tử bán dẫn. Tế bào này khác với tế bào nhiệt mặt trời (PVT) có trong các máy nước nóng năng lượng mặt trời.

Nội Dung Chính

• Tế bào quang điện (solar cell) là gì?
• Cấu tạo của tế bào quang điện
• Nhóm tế bào quang điện
• Nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện
• Các ứng dụng của tế bào quang điện
• Tế bào quang điện được chế tạo ra như thế nào?

Tế bào quang điện (solar cell) là gì?

Xem thêm: Quỹ tích là gì?

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 các máy nước nóng năng lượng mặt trời.

Các phần tử tạo điện mặt trời này được kết nối với mạch điện và được sắp xếp gọn gàng, đồng đều trong một cái khung nhôm. Chính là một tấm thu năng lượng mặt trời hoàn chỉnh. Trong thực tế, solar cell thường được làm từ các chất bán dẫn silicon có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời cao và chuyển đổi thành điện năng với hiệu suất tốt.

Hiện nay, những tấm pin năng lượng mặt trời “ưu tú”. Có hiệu suất tốt bậc nhất được sử dụng trong các dự án dân dụng chỉ có thể chuyển hóa được khoảng 20% ánh sáng mặt trời mà chúng nhận được biến đổi thành điện năng.

Một trong những điều tuyệt vời của ngành công nghiệp này là những công nghệ liên quan đến năng lượng mặt trời đang liên tục phát triển theo hướng đi lên, nâng cao chất lượng và hiệu quả tổng thể.

Điều này đồng nghĩa với việc hiệu suất chuyển đổi quang-điện không chỉ tăng mà giá thành của các tấm pin cũng sẽ giảm mạnh trong thời gian tới, qua đó mở ra cơ hội để nhiều người có thể tiếp cận được với nguồn năng lượng tái tạo này hơn.

Cấu tạo của tế bào quang điện

Xem thêm: Kỹ thuật cơ khí là gì?

Là bình bằng thạch anh đã hút hết không khí (tế bào quang điện chân không), bên trong có hai điện cực: anôt là một vòng dây kim loại; catôt có dạng một chỏm cầu bằng kim loại mà ta cần khảo sát (hoặc một lá kim loại mỏng uốn thành nửa hình trụ).

Nhóm tế bào quang điện

Một bảng quang điện bao gồm một nhóm các tế bào quang điện hình thành. Nhóm các tế bào quang điện này tạo thành một mạng lưới các pin mặt trời được kết nối theo mạch nối tiếp; để tăng điện áp đầu ra; trong khi kết nối một số mạng song song để tăng dòng điện có khả năng cung cấp cho thiết bị. Loại dòng điện nó cung cấp là dòng điện trực tiếp .

Hiệu suất chuyển đổi trung bình thu được từ các tế bào quang điện có sẵn trên thị trường. Được sản xuất từ silicon đơn tinh thể thấp hơn so với các tế bào đa lớp, thường là gallium arsenide. Hiện tại cũng có những công nghệ mới trong sản xuất các tấm pin mặt trời không sử dụng silicon.

Nguyên lý hoạt động của tế bào quang điện

Khi pin mặt trời quang điện được kết nối với tải hoặc tiêu thụ; đồng thời, được chiếu sáng bởi Mặt trời. Nó tạo ra sự khác biệt tiềm năng giữa các tiếp điểm của nó; gây ra sự lưu thông của các điện tử thông qua điện tích.

Trong những điều kiện này, tế bào hoạt động như một máy phát hiện tại. Tiếp theo, chúng tôi sẽ mô tả chi tiết hơn một chút về các quy trình khác nhau có thể thực hiện được:

Các photon chạm tới bên trong tế bào và có động năng bằng hoặc cao hơn. Tác động năng lượng hóa trị lên vật liệu và tạo ra các cặp sóng mang (lỗ điện).

Điện trường hoặc sự khác biệt tiềm năng; được tạo ra bởi tiếp giáp pn ngăn cách các sóng mang trước khi tái hợp có thể xảy ra.

Các ứng dụng của tế bào quang điện

Các tế bào quang điện đôi khi được sử dụng một mình; (chiếu sáng sân vườn, máy tính, …) hoặc được nhóm trong các tấm pin mặt trời quang điện.

Chúng được sử dụng để thay thế pin (năng lượng đắt nhất cho người dùng); các tế bào đã xâm chiếm máy tính, đồng hồ, thiết bị, v.v.

Có thể tăng phạm vi sử dụng của nó bằng cách lưu trữ nó bằng ( pin ngưng hoặc pin điện ). Khi được sử dụng với một thiết bị để lưu trữ năng lượng; một diode phải được đặt thành chuỗi để ngăn việc xả hệ thống vào ban đêm.

Chúng được sử dụng để sản xuất điện cho nhiều ứng dụng (vệ tinh, đồng hồ đỗ xe, …); và để cung cấp năng lượng cho nhà hoặc trong mạng công cộng. Trong trường hợp trạm năng lượng mặt trời quang điện.

Tế bào quang điện được chế tạo ra như thế nào?

Giai đoạn 1: Làm sạch silicon

Các silicon dioxide được đặt vào một lò hồ quang điện. Sau đó, một hồ quang carbon được đặt vào để giải phóng oxy. Sản phẩm thu được là carbon dioxide và silicon nóng chảy. Điều này sẽ mang lại silicon chỉ có 1% tạp chất, rất hữu ích trong một số ngành công nghiệp. Tuy nhiên, nó vẫn chưa đủ tinh khiết để chế tạo pin quang điện.

Silicon hiện tại đang có độ tinh khiết 99%, sẽ được tinh chế hơn nữa bằng cách sử dụng một thứ gọi là kỹ thuật vùng nóng chảy di động. một thanh silicon không tinh khiết được truyền qua vùng nóng chảy di động theo cùng 1 hướng. Những gì quy trình này làm là kéo các tạp chất về một phía nhất định với mỗi lần vượt qua đó. Tại một thời điểm nhất định, silicon sẽ được coi là nguyên chất và phần lẫn tạp chất sẽ bị cắt bỏ.

Giai đoạn 2: Chế tạo silicon đơn tinh thể

Tế bào tạo điện mặt trời được làm từ những thỏi silicon. Đây là dạng đa tinh thể có cấu trúc nguyên tử của một tinh thể. Phương pháp được sử dụng phổ biến cho việc tạo ra các thỏi silicon này được gọi là Czochralski. Trong quá 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 được xoay tròn thanh một thỏi hình trụ, đó là cách một thỏi silicon được hình thành. Thỏi này là hoàn toàn tinh khiết, vì tất cả các tạp chất đã bị bỏ lại trong quá trình rút hạt ra.

Giai đoạn 3: Làm tấm silicon

Tấm silicon cấu tạo từ bó silicon được cắt lát riêng lẻ ra bằng cưa tròn. Loại cưa kim cương là loại tốt nhất để thực hiện công việc này. Quy trình cắt silicon này sẽ bị hao hụt khoảng một nữa cho đến lúc có được một tấm silicon tròn, và có thể sẽ mất nhiều hơn khi tiếp tục cắt chúng thành hình chữ nhật hoặc hình lục giác (vì những hình dạng này thích hợp để gắn kết gọn gàng trên khung tấm pin năng lượng). Tiếp theo, các tấm silicon được đánh bóng để loại bỏ những vết cưa sần sùi.

Giai đoạn 4: Pha tạp

Hình thức pha tạp gần đây nhất (nói cách khác là thêm tạp chất cần thiết vào các tấm silicon). Bằng phốt pho 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, quy trình này vẫn chưa được chấp nhận hoàn toàn.

Giai đoạn 5: Đặt các tiếp điểm điện

Các tiếp điểm điện được sử dụng để kết nối từng tế bào quang điện với nhau, cũng giống như với máy thu của dòng điện được sản xuất. Phần tiếp xúc cần phẩn cực kỳ mỏng để chúng không chặn ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào. Các kim loại như palladium hay đồng sẽ được thăng hoa chân không thông 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 sẽ được đặt giữa các ô tế bào. Các ván mỏng này được sử dụng phổ biến nhất là đồng tráng thiếc.

Giai đoạn 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 nó. Để khắc phục và giảm lượng ánh sáng hao hụt do phản quang này. Chúng sẽ được phủ titanium dioxide và silicon oxide. 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 silucon để ngưng tụ. Trong quá trình này, một điện áp cao sẽ đánh bật các phần tử ra khỏi vật liệu và sau đó gửi chúng vào silicon ở điện cực đối diện.

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

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