Tế bào quang điện (Solar Cell) là gì?

Tế bào quang điện (solar cell) còn có thể gọi là pin quang điện (PV) được cấu tạo bằng chất liệu Silicon tinh thể. Tế bào quang điện là phần tử bán dẫn hoạt động để tạo ra dòng điện trực tiếp từ ánh nắng mặt trời. Các phần tử này kết nối liên kế chặt chẽ với mạch điện và được sắp xếp gọn gàng trên một khung nhôm tạo thành một tấm pin năng lượng mặt trời hoàn chỉnh.

Tế bào quang điện (solar cell) có thể hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc nhân tạo. Chúng có khả năng có thể cảm biến được ánh sáng ví dụ như cảm biến hồng ngoại, phát hiện ánh sáng hoặc bức xạ điện từ khác gần phạm vi nhìn thấy được hay có thể đo cường độ ánh sáng.

Một điều tuyệt vời của ngành công nghiệp là các công nghệ có liên quan đến năng lượng mặt trời đang có sự phát triển vượt bậc về hiệu quả và chất lượng. Điều này đồng nghĩa với việc hiệu suất chuyển đổi quang điện không chỉ tăng mà các tấm pin cũng sẽ có sự suy giảm giá thành trong tương lai qua đó mở ra nhiều cơ hội có thể tiếp cận tốt hơn với nguồn năng lượng tái tạo này.

Cách tạo ra tế bào quang điện

Giai đoạn 1: Làm sạch Silicon

Các vật liệu Silicon Dioxide sẽ được đặt vào trong một hồ quang điện. Sau đó, người công nhân sẽ đặt một hồ quang carbon vào trong để giải phóng oxy. Sản phẩm thu được sẽ là carbon dioxide và silicon nóng chảy. Sản phẩm Silicon hiện tại sẽ chỉ có 1% tạp chất, rất hữu ích trong một số ngành công nghiệp. Tuy nhiên, vẫn chưa đủ tinh khiết để tạo ra pin quang điện.

Silicon hiện tại có độ tinh khiết 99%, sẽ được tiếp tục tinh chế bằng cách sử dụng kỹ thuật vùng nóng chảy di động. Một thanh không tinh khiết được truyền qua vùng nóng chảy di động theo cùng 1 hướng. Kỹ thuật này sẽ giúp cho kéo tạp chất về cùng 1 phía nhất đinh. Tại một thời điểm, Silicon sẽ chia thành silicon nguyên chất và phần tạp chất được kéo về 1 phía sẽ được 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 dùng để tạo ra các thỏi silicon này được gọi là Czochralski.

Trong quá trình này, một tinh thể 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 thoải silicon được hình thành. Thỏi này là hoàn toàn tinh khiết, tất cả các tạp chất đã bị bỏ lại trong quá trình rút hạt ra.

Giai đoạn 3: Làm tấm silicon

Tấm silicon được cấu tạo thành bó silicon được cắt thành lát bằng cách cưa tròn. Công nghệ sẽ sử dụng loại cưa kim cương để thực hiện công việc này bằng cách tốt nhất. Quy trình cắt silicon sẽ khiến hao hụt một nữa cho đến lúc có được một tấm silicon tròn và hao hụt cũng sẽ nhiều hơn khi tiếp tục cắt 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 là đánh bóng các tấm pin để tránh sần sùi.

Giai đoạn 4: Pha tạp

Hình thức pha tạp gần đây nhất là làm 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. Nhưng quá trình này vẫn chưa được chấp nhận hoàn toàn.

Giai đoạn 5: Đặt các tiếp điểm điện

Các tiếp điểm điện sẽ 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 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 quan

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 silicon 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 7: Đóng gói

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 bào được đóng gói sau đó được đặt vào một khung nhôm có tấm nền và vỏ bằng thủy tinh hoặc nhựa.