Minh họa nguyên lý của tấm pin mặt trời
Minh họa nguyên lý của tấm pin mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tốt nhất cho nhân loại, đặc tính vô tận và có thể tái tạo của nó quyết định nó sẽ trở thành nguồn năng lượng rẻ nhất và thiết thực nhất cho nhân loại. Tấm pin mặt trời là nguồn năng lượng sạch không gây ô nhiễm môi trường. Quang điện tử Dayang đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, là lĩnh vực nghiên cứu năng động nhất và cũng là một trong những dự án nổi bật nhất.
Phương pháp chế tạo tấm pin mặt trời chủ yếu dựa trên vật liệu bán dẫn và nguyên lý làm việc của nó là sử dụng vật liệu quang điện để hấp thụ năng lượng ánh sáng sau phản ứng chuyển đổi quang điện, theo các vật liệu khác nhau được sử dụng, có thể chia thành: pin mặt trời gốc silicon và mỏng -phim pin mặt trời, hôm nay chủ yếu nói chuyện với các bạn về tấm pin mặt trời làm từ silicon.
Đầu tiên, tấm pin mặt trời silicon
Nguyên lý làm việc và sơ đồ cấu trúc của pin mặt trời silicon Nguyên lý sản xuất năng lượng của pin mặt trời chủ yếu là hiệu ứng quang điện của chất bán dẫn và cấu trúc chính của chất bán dẫn như sau:
Điện tích dương đại diện cho một nguyên tử silicon và điện tích âm đại diện cho bốn electron quay quanh một nguyên tử silicon. Khi tinh thể silicon được trộn với các tạp chất khác, chẳng hạn như boron, phốt pho, v.v., khi thêm boron vào, sẽ có một lỗ trên tinh thể silicon và sự hình thành của nó có thể tham khảo hình sau:
Điện tích dương đại diện cho một nguyên tử silicon và điện tích âm đại diện cho bốn electron quay quanh một nguyên tử silicon. Màu vàng biểu thị nguyên tử boron đã hợp nhất, vì xung quanh nguyên tử boron chỉ có 3 electron nên sẽ tạo ra lỗ màu xanh lam như trên hình, lỗ này trở nên rất không ổn định vì không có electron, dễ dàng hấp thụ electron và trung hòa , tạo thành chất bán dẫn loại P (dương). Tương tự, khi các nguyên tử phốt pho được kết hợp, vì nguyên tử phốt pho có năm electron, nên một electron trở nên hoạt động mạnh, tạo thành chất bán dẫn loại N (âm). Những hạt màu vàng là hạt nhân phốt pho, còn những hạt màu đỏ là những electron dư thừa. Như thể hiện trong hình dưới đây.
Chất bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống hơn, trong khi chất bán dẫn loại N chứa nhiều electron hơn, do đó khi kết hợp chất bán dẫn loại P và loại N sẽ hình thành một hiệu điện thế ở bề mặt tiếp xúc, đó là điểm nối PN.
Khi các chất bán dẫn loại P và loại N được kết hợp với nhau, một lớp mỏng đặc biệt được hình thành trong vùng giao thoa của hai chất bán dẫn), và mặt loại P của giao diện được tích điện âm và mặt loại N được tích điện dương. Điều này là do chất bán dẫn loại P có nhiều lỗ trống và chất bán dẫn loại N có nhiều electron tự do và có sự chênh lệch về nồng độ. Các electron ở vùng N khuếch tán vào vùng P và các lỗ trống ở vùng P khuếch tán vào vùng N, tạo thành một "điện trường bên trong" hướng từ N đến P, do đó ngăn cản quá trình khuếch tán. Sau khi đạt đến trạng thái cân bằng, một lớp mỏng đặc biệt như vậy được hình thành tạo thành sự chênh lệch điện thế, đó là điểm nối PN.
Khi tấm bán dẫn tiếp xúc với ánh sáng, các lỗ của chất bán dẫn loại N trong điểm nối PN sẽ di chuyển đến vùng loại P và các electron ở vùng loại P sẽ di chuyển đến vùng loại N, tạo ra dòng điện từ vùng loại N sang vùng loại P. Sau đó, một sự khác biệt tiềm năng được hình thành ở điểm nối PN, tạo thành nguồn điện.