Tế Bào Quang Điện Là Gì? Cách Tạo Ra Và Ứng Dụng Của Nó

Tế bào quang điện là một thiết bị cấu tạo nên tấm pin năng lượng mặt trời. Chúng có nhiệm vụ chính là chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nguồn điện năng. Vậy tế bào quang điện được tạo ra như thế nào? Có mấy loại tế bào quang điện và ứng dụng của chúng ra sao? Cùng Saigon Solar tìm hiểu ở bài viết dưới đây nhé.

Tế bào quang điện là gì?

Tế bào quang điện (Solar Cell) hay còn gọi là pin mặt trời, là một thiết bị bán dẫn được làm từ vật liệu silicon tinh thể. Ánh sáng chiếu vào các tế bào này sẽ kích thích các electron di chuyển, tạo ra dòng điện mặt trời. Các đường dẫn kim loại trên bề mặt tế bào thu gom và dẫn dòng điện này đến các thiết bị điện.

Mỗi tấm pin mặt trời thường bao gồm từ 60 đến 70 solar cell. Tuy nhiên, nhờ những tiến bộ của công nghệ, ngày nay các nhà sản xuất đã phát triển các tấm pin với số lượng tế bào lên tới 120-140, giúp tăng đáng kể hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Số lượng tế bào càng nhiều, tấm pin càng có khả năng hấp thụ ánh sáng và sản xuất điện hiệu quả hơn.

Các tế bào quang điện hoạt động như thế nào?

Tế bào quang điện hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ ánh sáng mặt trời để tạo ra điện năng. Khi các hạt ánh sáng (photon) va chạm vào bề mặt chất bán dẫn silicon của tế bào, chúng sẽ giải phóng các electron. 

Để tạo ra dòng điện một chiều, các nhà khoa học đã tạo ra một lớp tiếp giáp giữa hai vùng silicon  khác nhau tạo thành một điện trường, với: Bề mặt silicon tiếp xúc với mặt trời được pha tạp với nguyên tử photpho sẽ có nhiều điện tử hơn silicon và bề mặt silicon tiếp xúc với mặt trời được pha tạp với nguyên tử bo có ít điện tử hơn silicon.  Khi đó, phần có nhiều điện tử hơn sẽ trở thành cực âm (n), phần có ít điện tử hơn sẽ trở thành cực dương (p).

Khi có ánh sáng chiếu vào, các electron từ vùng loại n sẽ di chuyển sang vùng loại p, tạo ra một dòng điện. Đồng thời, các lỗ trống (vị trí thiếu electron) ở vùng loại p sẽ di chuyển theo chiều ngược lại. Sự di chuyển có hướng của các hạt mang điện này tạo ra dòng điện chạy qua một mạch điện kín. 

Để tăng hiệu suất hấp thụ ánh sáng, bề mặt tế bào quang điện thường được phủ một lớp chống phản xạ. Nhờ vậy, phần lớn ánh sáng chiếu vào sẽ được hấp thụ và chuyển hóa thành điện năng. 

Phân biệt các tế bào quang điện

Hiện nay, trên thị trường phổ biến với 2 loại tế bào quang điện đó là Mono và Poly. Nhìn vào bảng so sánh dưới đây để phân biệt 2 loại tế bào quang điện này: 

Cách tạo ra tế bào quang điện

Quy trình sản xuất tế bào quang điện bao gồm:

Bước 1: Làm sạch silicon

Silicon dioxide nguyên liệu được đưa vào lò hồ quang điện để thực hiện quá trình khử oxy để tạo ra silicon thô và khí carbon dioxide. 

Tuy nhiên, silicon thu được sau quá trình này vẫn còn chứa nhiều tạp chất vì vậy cần phải trải qua các bước tinh luyện kỹ lưỡng để đạt được độ tinh khiết cao nhất mới có thể chế tạo tế bào quang điện.

Bước 2: Chế tạo silicon đơn tinh thể

Silicon đa tinh thể, sau khi được tinh chế sơ bộ, sẽ trải qua quá trình Czochralski để tạo ra các thỏi silicon đơn tinh thể. Đồng thời, photpho được pha tạp vào silicon trong quá trình này để tạo ra vật liệu bán dẫn có tính năng dẫn điện.

Bước 3: Cắt thành tấm silicon

Từ silicon dạng thỏi sẽ được cắt thành các tấm mỏng bằng cưa tròn kim cương với độ dày như tờ giấy. Các tấm silicon sau khi cắt xong sẽ được đánh bóng để loại bỏ vết sần sùi.

Bước 4: Phương pháp pha tạp

Để tế bào quang điện hoạt động hiệu quả, tấm silicon cần được pha tạp với photpho và bo. Phương pháp pha tạp phổ biến hiện nay là bắn phá ion photpho vào tấm silicon. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn một số hạn chế.

Bước 5: Đặt các tiếp điểm điện

Các tiếp điểm điện thường làm bằng đồng hoặc palladium, được tạo ra bằng phương pháp thăng hoa chân không và phủ lên bề mặt tế bào đã được xử lý. Các tấm dẫn điện mỏng như đồng tráng thiếc sẽ kết nối các tế bào lại với nhau.

Bước 6: Lớp phủ chống phản quang

Các tấm silicon sau khi cắt ra có độ bóng tự nhiên rất cao, do đó sẽ phản xạ lại ánh sáng mặt trời khoảng 35%. Vì vậy, để giảm lượng ánh sáng bị hao hụt, nhà sản xuất đã phủ  lên tấm silicon một lớp titanium dioxide và silicon dioxide chống phản xạ.

Bước 7: Đóng gói tế bào

Sau khi đã kiểm tra chất lượng, các solar cell sẽ được đóng gói và bảo quản trong cao su silicon hoặc ethylene vinyl acetate. Sau quá trình đóng gói, các tế bào solar này sẽ được lắp vào khung nhôm với tấm nền thủy tinh hoặc nhựa trong suốt.

Ứng dụng của tế bào quang điện

Tế bào quang điện đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, với vô số ứng dụng đa dạng: 

• Sử dụng trong hệ thống điện mặt trời để chiếu sáng.
• Cảm biến ánh sáng, hồng ngoại, quang điện.
• Ứng dụng vào các thiết bị điện tử như: đồng hồ, máy tính,…
• Sử dụng để sản xuất điện và cung cấp điện cho các hộ gia đình, nhà máy, kho xưởng,…
• Lắp đặt trên các thiết bị hoạt động bằng điện năng lượng mặt trời.

Tế bào quang điện là một thiết bị vô cùng quan trọng đối với hệ thống điện mặt trời và rất hữu dụng trong cuộc sống hằng ngày. Những thông tin Saigon Solar đã chia sẻ trong bài viết trên, hy vọng có thể giúp bạn đọc hiểu thêm về cách tạo ra các loại tế bào quang điện cũng như ứng dụng của chúng. Nếu cần hỗ trợ tư vấn lắp đặt pin mặt trời, vui lòng liên hệ với Saigon Solar qua các thông tin dưới đây:

THÔNG TIN LIÊN HỆ:

• Địa chỉ: H4, Đường A, KDC Tân Tiến, KP 2, P. Tân Thới Hiệp, TP. Hồ Chí Minh
• Hotline: 0913 541 168
• Email: marketing.cnsg@gmail.com