Chương 4: Quang điện (pin mặt trời)

Lịch sử của pin quang điện trở lại đến năm 1839, khi Becquere phát hiện ra hiệu ứng quang điện, nhưng không có công nghệ đã có sẵn trong thế kỷ 19 để khai thác khám phá. Tuổi bán dẫn chỉ bắt đầu khoảng 100 năm sau đó. Sau khi Shockley đã phát triển một mô hình cho pn đường giao nhau, Bell Laboratories sản xuất các tế bào mặt trời đầu tiên năm 1954, hiệu quả, chuyển đổi ánh sang thành điện, là khoảng 5%. Quang điện cung cấp tính linh hoạt cao nhất trong số công nghệ năng lượng tái tạo. Về mặt lý thuyết, hệ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 4: Quang điện (pin mặt trời) Chương 4: Quang điện (pin mặt trời) Giới thiệu Lịch sử của pin quang điện trở lại đến năm 1839, khi Becquere phát hiện ra hiệu ứng quang điện, nhưng không có công nghệ đã có sẵn trong thế kỷ 19 để khai thác khám phá. Tuổi bán dẫn chỉ bắt đầu khoảng 100 năm sau đó. Sau khi Shockley đã phát triển một mô hình cho pn đường giao nhau, Bell Laboratories sản xuất các tế bào mặt trời đầu tiên năm 1954, hiệu quả, chuyển đổi ánh sang thành điện, là khoảng 5%. Quang điện cung cấp tính linh hoạt cao nhất trong số công nghệ năng lượng tái tạo. Về mặt lý thuyết, hệ thống PV có thể bao gồm toàn bộ nhu cầu điện của hầu hết các nước trên thế giới. 2/70 Giới thiệu Trên thế giới, công suất lắp đặt quang điện và chia sẻ của điện tạo ra bởi PV vẫn còn thấp, mặc dù ấn tượng trên thị trường tăng trưởng. Môi trường chính trị và tầm quan trọng của các chương trình giới thiệu thị trường xác định tương lai của công nghệ này. 3/70 Hiệu ứng hình ảnh Ánh sáng, với năng lượng photon của nó, có thể cung cấp năng lượng để đưa một electron lên mức năng lượng cao hơn. Năng lượng photon được cho theo: Đủ năng lượng để đưa electron quay quanh E∞ cũng được gọi là năng lượng ion hóa (hiệu ứng quang điện bên ngoài). Tế bào quang điện chủ yếu là chuyển đổi cho các photon điện của ánh sáng nhìn thấy được, tia cực tím và hồng ngoại, do đó, nội bộ hiệu ứng hình ảnh xác định ảnh hưởng của ánh sáng trong một tế bào năng lượng mặt trời. 4/70 Hiệu ứng hình ảnh Vùng đầy đủ chiếm cao nhất được gọi là vùng hóa trị - Vùng cao nhất tiếp theo, mà có thể là một phần chiếm đóng hoặc hoàn toàn - trống rỗng, được gọi là vùng dẫn Không gian giữa VB và CB được gọi là vùng cấm - Khoảng cách năng lượng giữa các vùng được gọi là vùng khoảng cách - 5/70 Hiệu ứng hình ảnh Quang điện (PV) các tế bào được làm bằng vật liệu đặc biệt được gọi là chất bán dẫn như silicon, hiện đang được sử dụng phổ biến nhất. Về cơ bản, khi có ánh sáng chiếu vào các tế bào, một số phần của nó được hấp thụ trong vật liệu bán dẫn. Điều này có nghĩa là năng lượng hấp thụ ánh sáng được chuyển giao cho bán dẫn. Năng lượng electron lỏng lẻo, cho phép nó chạy tự do. 6/70 Hiệu ứng hình ảnh Mỗi tế bào PV có ít nhất một điện trường. Nếu không có một điện trường, các tế bào sẽ không hoạt động, và vùng này tạo khi silicon loại N và loại P liên lạc. Tại vùng giao nhau, các electron và lỗ trống kết hợp với nhau tạo thành một rào cản, đạt tới cân bằng, và điện trường tách hai bên được hình thành. Hoạt động của điện trường nay như là một diode. 7/70 Hiệu ứng hình ảnh Khi ánh sáng, dưới dạng photon, chạm tế bào năng lượng mặt trời, năng lượng giải phóng cặp electron - lỗ trống. Mỗi photon có đủ năng lượng sẽ giải phóng một điện tử, và kết quả một lỗ trống cũng được giải phóng. Nếu điều này xảy ra gần đủ với điện trường, hoặc nếu electron tự do và lỗ trống xảy ra thì nó sẽ di chuyển trong phạm vi ảnh hưởng của nó, từ trường sẽ gửi điện tử đến phía bên N và lỗ trống đến phía bên P. Điều này làm gián đoạn điện trung lập, và nếu chúng tôi cung cấp một dòng bên ngoài đường dẫn, các electron sẽ chạy qua đường dẫn bên ban đầu của nó (loại P) để gắn kết với các lỗ trống điện trường gửi ở đó, làm công việc cho chúng ta trên đường đi. Những electron cung cấp dòng điện, và điện trường của tế bào gây ra một điện áp. 8/70 Nguyên tắc của pin mặt trời Không phải tất cả năng lượng của các photon có bước sóng gần vùng cấm được biến đổi thành điện. Bề mặt tế bào năng lượng mặt trời phản ánh một phần của ánh sáng tới, và một số là lan truyền qua các tế bào năng lượng mặt trời. Hơn nữa, các electron có thể kết hợp lại với lỗ trống. Các phản ứng quang phổ được cho bởi: 9/7 Nguyên tắc của pin mặt trời 10/70 Vật liệu pin mặt trời Các tế bào năng lượng mặt trời có thể được làm từ các vật liệu bán dẫn. Đó là: Silicon (Si) bao gồm cả Si đơn tinh thể, Si đa tinh thể, và Si vô định hình Poly tinh thể màng mỏng, bao gồm cả đồng mỏng indium diselenide (CIS), cadmium telluride (CdTe), và màng mỏng silicon Màng mỏng đơn tinh thể, bao gồm cả vật liệu hiệu quả cao chẳng hạn như gallium arsenide (GaAs) 11/70 Vật liệu pin mặt trời Tinh thể của vật liệu cho thấy sự hoàn hảo của các nguyên tử trong cấu trúc tinh thể. Silicon, cũng như các vật liệu bán dẫn tế bào năng lượng mặt trời khác, có thể biết đến trong các hình thức khác nhau: đơn tinh thể, multicrystalline đa tinh thể, hoặc vô định hình. Trong một vật liệu đơn tinh thể, các nguyên tử tạo thành khung để tinh thể lặp đi lặp lại một cách thường xuyên, có trật tự từ lớp này đến lớp kia. Ngược lại, trong một vật liệu bao gồm nhiều tinh thể nhỏ hơn, sự sắp xếp có trật tự bị phá vỡ từ một trong những tinh thể khác. một kế hoạch phân loại silicon sử dụng kích thước tinh thể gần đúng và cũng bao gồm các phương pháp thường được sử dụng để phát triển hoặc gửi vật liệu đó. ...