Tế bào quang điện: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Bạn đã từng nghe về tế bào quang điện chưa? Đó là một ứng dụng tuyệt vời giúp biến đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Với khả năng hấp thụ nguồn năng lượng lớn từ mặt trời, tế bào quang điện đã trở thành một phần không thể thiếu trong hệ thống năng lượng mặt trời. Hãy cùng Giải Đáp Việt khám phá loại tế bào công nghệ này trong bài viết dưới đây!

Tế bào quang điện là gì?

Tế bào quang điện, hay còn được gọi là cell pin mặt trời, là thiết bị điện được làm từ chất liệu silicon tinh thể, với những đường dẫn kim loại trên bề mặt. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào, các electron sinh ra bởi hiệu ứng quang điện sẽ được đường dẫn này thu thập và biến đổi thành điện năng.

Bạn đang xem: Tế bào quang điện: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Tế bào quang điện được sử dụng phổ biến

Lịch sử của tế bào quang điện

Năm 1839, nhà vật lý người Pháp Edmond Becquerel đã phát hiện hiệu ứng quang điện. Tuy nhiên, phải mất 21 năm sau đó, tế bào quang điện mới được ứng dụng vào công nghệ vệ tinh. Cuối năm 1980, những tấm pin năng lượng mặt trời được tạo thành từ những tế bào này bắt đầu được sử dụng rộng rãi tại nhiều nơi trên thế giới. Trong thế kỷ 21, do nhu cầu xây dựng các trang trại năng lượng mặt trời trên toàn thế giới, ứng dụng của tế bào quang điện ngày càng được phát triển mạnh mẽ.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của solar cell

Tế bào quang điện được cấu tạo từ chất liệu bán dẫn, nhờ đó có khả năng hấp thụ tốt các hạt photon trong ánh sáng mặt trời. Khi các hạt photon va chạm vào bề mặt chất bán dẫn, các dòng electron sẽ được sinh ra. Các dòng electron này di chuyển tự do và tìm lỗ trống của nguyên tử để lấp đầy. Để tạo ra dòng điện, các hạt electron này cần di chuyển theo một hướng. Để làm được điều này, các nhà khoa học đã sử dụng hai loại silicon: một loại có nhiều điện tử hơn silicon và một loại có ít điện tử hơn. Nhờ cấu tạo được pha trộn với các chất khác, solar cell có thể xem như một pin năng lượng. Khi các electron và lỗ trống di chuyển, chúng tạo thành dòng điện một chiều.

Các hạt electron trong liên kết bị giải phóng thành electron tự do

Ứng dụng tế bào quang điện

Nhờ sự phát triển của công nghệ, tế bào quang điện ngày càng được sử dụng phổ biến trong đời sống hàng ngày:

• Ứng dụng chiếu sáng, cảm biến ánh sáng.
• Thay pin cho các thiết bị điện như máy tính, đồng hồ,…
• Sản xuất điện mặt trời và cung cấp năng lượng cho các nhà máy điện.
• Lắp đặt trên các phương tiện hoạt động bằng điện mặt trời.

Tế bào quang điện được ứng dụng trong điện dân dụng

Tế bào quang điện được tạo ra như thế nào?

Hiện nay, việc tạo ra tế bào quang điện không còn khó như trước đây. Quy trình sản xuất solar cell thường bao gồm 7 bước:

Bước 1: Làm sạch silicon

Xem thêm : Nghệ thuật cắt giấy Trung Quốc – Sự kết hợp tinh túy của truyền thống và sáng tạo

Silicon được sản xuất thông qua quá trình hồ quang carbon để giải phóng oxy trong các phân tử silicon dioxide. Mặc dù silicon thành phẩm có chứa ít tạp chất, nhưng cần trải qua quá trình nóng chảy di động để loại bỏ hoàn toàn tạp chất và thu về silicon nguyên chất.

Bước 2: Chế tạo silicon đơn tinh thể

Tế bào quang điện được tạo thành từ những thỏi silicon – silicon đa tinh thể. Tuy nhiên, silicon thu được từ bước 1 lại là silicon đơn tinh thể. Bước này yêu cầu thực hiện giai đoạn Czochralski để biến đổi silicon đơn tinh thể thành đa tinh thể.

Cấu tạo các tấm của một solar cell

Bước 3: Làm tấm silicon

Silicon đa tinh thể được cắt thành bó bằng cưa tròn kim cương. Sau đó, các bó này được sử dụng để tạo các tấm silicon tròn. Đánh bóng được thực hiện để loại bỏ vết cưa và hoàn thiện các tấm này.

Bước 4: Pha tạp

Các tấm silicon cần được pha trộn với photpho và bo. Phương pháp pha tạp thông dụng nhất là bắn các ion photpho vào tấm silicon. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn chưa được chấp nhận hoàn toàn.

Bước 5: Đặt các tiếp điểm điện

Tiếp điểm này được sử dụng để kết nối các tế bào quang điện với nhau. Phần tiếp xúc cần đảm bảo độ dày tối thiểu để ánh sáng có thể chiếu vào các tế bào này. Đồng tráng thiếc thường được đặt giữa các ô solar cell để đảm bảo hiệu suất.

Bước 6: Lớp phủ chống phản quang

Lớp phủ chống phản quang được thêm vào trên cùng của tế bào quang điện để giảm thiểu sự thất thoát do phản xạ bề mặt. Nhờ điều này, hiệu suất tế bào quang điện được nâng cao.

Bước 7: Đóng gói tế bào

Xem thêm : 5 thảm họa kinh hoàng có thể hủy diệt mọi nguồn sống trên Trái đất

Các solar cell đã hoàn thành sẽ được đóng gói. Chúng thường được bảo quản trong các vật liệu như cao su silicon hoặc ethylene vinyl acetate. Các tấm tế bào quang điện được lắp đặt vào khung nhôm bền chắc, với tầm nền thủy tinh hoặc nhựa trong suốt.

Phân loại tế bào quang điện

Hiện nay, có hai loại solar cell phổ biến trên thị trường:

• Tế bào quang điện mono: Được làm từ silicon đơn tinh thể, có độ tinh khiết cao và giá thành cao hơn các loại khác. Tấm pin mono thường có hình bát giác và độ bền cao. Hiệu suất hoạt động của tấm mono cũng tốt trong điều kiện nguồn sáng yếu.
• Tế bào quang điện poly: Được làm từ silicon đa tinh thể, tấm poly chịu được nhiệt độ cao, và quy trình sản xuất đơn giản hơn. Tuy nhiên, hiệu suất của tế bào quang điện poly không thể so sánh với tấm mono.

Những thắc mắc về tế bào quang điện

Để hiểu thêm về cell pin mặt trời, hãy cùng giải đáp ba câu hỏi dưới đây!

Cảm biến quang điện là gì?

Cảm biến quang điện là một thiết bị cảm biến có khả năng phát ra chùm tia sáng dưới dạng tần số. Khi chùm tia sáng này chiếu vào vật thể, các ảnh hưởng sẽ gây ra tín hiệu điện tại bộ thu sáng. Điều này giúp biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện.

Cảm biến quang điện trong cuộc sống

Tế bào quang điện được đo lường như thế nào?

Hiện nay, ngành công nghiệp quang điện thường sử dụng máy đo quang học để định lượng tế bào quang điện. Máy đo quang học có giá thành rẻ và độ chính xác cao. Ánh sáng từ bề mặt đèn LED có thể điều chỉnh đa chiều, giúp thu thập dữ liệu chất lượng và giảm thiểu sai số.

Kim loại được dùng làm tế bào quang điện

Ngoài chất bán dẫn và các điện cực, tế bào quang điện còn được làm từ nhiều chất liệu khác. Nhôm thường được sử dụng làm phần khung vì độ bền và thời gian sử dụng lâu dài. Kim loại xesi cũng là một yếu tố quan trọng trong tế bào quang điện.

Kim loại xesi (Cs) – Một kim loại làm tế bào quang điện quan trọng

Đó là tất cả những thông tin cần biết về tế bào quang điện – một thành phần không thể thiếu trong hệ thống điện mặt trời. Solar cell có thể được sản xuất dễ dàng trong nhà máy và kiểm soát chất lượng bằng máy đo hình ảnh tự động Micro-Vu. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về máy đo này, hãy liên hệ với chúng tôi tại Giải Đáp Việt – Tri Thức Cho Người Việt.

Nguồn: Giaidapviet.com
Danh mục: Khám Phá