Bài thuyết trình Các loại Solar Cells

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

175
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài thuyết trình Các loại Solar Cells giới thiệu và phân loại các loại pin mặt trời, các loại pin mặt trời thế hệ thứ 1, 2, 3, và 4. Mời các bạn tham khảo bài thuyết trình để nắm bắt nội dung chi tiết, với các bạn chuyên ngành Vật lý thì đây là tài liệu hữu ích.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài thuyết trình Các loại Solar Cells

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG CÁC LOẠI SOLAR CELLS HVTH: Nguyễn Thị Hoài Phƣơng Lớp Cao học Quang học khóa 21
CÁC LOẠI PIN MẶT TRỜI I. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI II. PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ II A. Đơn tinh thể B. Màng mỏng III. PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ III A. Pin từ polyme B. Pin DSSC IV. PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ IV
I. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI
I. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI
I. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI Các thế hệ pin mặt trời Thế hệ thứ I: - Silic đơn tinh thể ( c-Si) Thế hệ thứ II: - Silic vô định hình (a-Si) - Silic đa tinh thể ( poly- Si) - Cadmium telluride ( CdTe) Thế hệ thứ III: - Pin tinh thể nano (nanocrystal solar cell) - Photoelectronchemical (PEC) cell - Pin hữu cơ ( polymer solar cell) - Dye sensitized solar cell ( DSSC) Thế hệ thứ IV: - Hydrid – inorganic crystals within a polymer matrix
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 1. Cấu tạo Khi cho hai khối bán dẫn n và p tiếp xúc nhau, do có sự khác nhau về mật độ hạt dẫn nên sẽ có sự khuếch tán của electron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và sự khuếch tán của lỗ trống từ bán dẫn loại p sang loại n. Trong quá trình khuếch tán này chúng sẽ tái hợp với các hạt cơ bản tại miền chúng vừa tới. Kết quả là trong bán dẫn loại n, tại vùng gần mặt tiếp xúc sẽ hình thành một miền điện tích dương, trong bán dẫn loại p, tại vùng gần mặt tiếp xúc cũng xuất hiện một miền điện tích âm. Nếu mật độ tạp chất Nd = Na trong hai bán dẫn thì hai miền điện tích này có độ dày bằng nhau và chúng tạo thành một lớp chuyển tiếp với điện trở rất lớn.
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ Khi trạng thái cân bằng được thiết lập, ở 1. Cấu tạo lớp tiếp xúc hình thành một hiệu điện thế tiếp xúc UK (đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V. Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ tiếp xúc không tạo ra dòng điện được) và tương ứng nó là một hàng rào thế Vbi. Hàng rào thế Vbi cản sự khuếch tán của electron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và sự khuếch tán của lỗ trống từ bán dẫn loại sang bán dẫn loại n. Dưới tác dụng của điện trường lớp chuyển tiếp, các mức năng lượng của bán dẫn n tụt xuống, các mức năng lượng của bán dẫn p dịch lên phía trên. Qúa trình dịch chuyển các mức năng lượng sẽ ngừng khi các mức Fecmi của hai bán dẫn trùng nhau. Độ lớn của thế rào: e Vbi = N d p n2 N a n 2p 2 s
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 1. Cấu tạo Silic dùng làm pin mặt trời đòi hỏi độ tinh khiết cao, điều này được thực hiện bằng 2 cách:  Nuôi cấy nhờ nấu chảy: một mẩu nhỏ của vật liệu đơn tinh thể, được gọi là mầm, được đưa vào tiếp xúc với bề mặt của cùng vật liệu trong pha lỏng và sau đó được kéo lên từ từ khỏi vật liệu nóng chảy. Khi mầm được kéo chậm, sự đông đặc xuất hiện dọc theo giao diện rắn- lỏng  Nuôi ghép: là quá trình ở đó một lớp mỏng đơn tinh thể được nuôi trên một nền đơn tinh thể. Có hai loại nuôi ghép: đồng ghép và ghép khác loại
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 1. Cấu tạo QUÁ TRÌNH PHA TẠP ĐỂ TẠO THÀNH BÁN DẪN LOẠI N VÀ LOẠI P: pha tạp nguồn rắn/ khí và pha tạp ion.  Sự khuếch tán tạp chất xuất hiện khi tinh thể bán dẫn được đặt trong môi trường khí nhiệt độ cao (1000 oC) chứa nguyên tử tạp chất mong muốn. Sự khuếch tán tạp chất là quá trình mà nhờ đó các hạt tạp chất chuyển động từ vùng có nồng độ cao cạnh bề mặt tới vùng có nhiệt độ thấp hơn trong tinh thể. Khi nhiệt độ giảm, các nguyên tử tạp chất bị cố định lại vĩnh viễn thành các điểm mạng thay thế.  Nuôi cấy ion xảy ra tại nhiệt độ thấp hơn khuếch tán. Một chùm chuẩn trực các ion khuếch tán được gia tốc có động năng trong dảy 50 eV hoặc lớn hơn và được gia tốc về phía tinh thể. Những ion pha tạp năng lượng cao đi vào tinh thể và dừng lại ở một độ sâu trung bình tính từ bề mặt. Một ưu điểm của cấy ion là có thể điều khiển được những nguyên tử ion đi vào một vùng đặc biệt của tinh thể. Một nhược điểm của kĩ thuật này là những nguyên tử tạp chất tới va chạm với những nguyên tử tinh thể làm hỏng sự thay đổi vị trí mạng.
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 1. Cấu tạo Sự phụ thuộc của điện trở suất vào nồng độ tạp chất Noàng ñoä taïp chaát cm-3 Ñieän trôû suaát ( .cm) n p Baùn daãn rieâng 2. 105 1014 40 180 1015 4,5 12 1016 0,6 1,8 1017 0,1 0,3 1018 2,5 .10-2 6,2 .10-3 1019 6 .10-3 1,2 .10-2
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 2. Nguyên lí hoạt động: Nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp xúc p - n phơi cho ánh sáng mặt trời chiếu vào thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích thích làm cho điện tử đang liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron, người ta gọi là photon đến tạo ra cặp electron - lỗ trống. Nếu cặp electron - lỗ trống này sinh ra ở gần chỗ có tiếp p - n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ đẩy electron về một bên (bên bán dẫn n) đẩy lỗ trống về một bên (bên bán dẫn p). Nhưng cơ bản là electron đã nhảy từ miền hoá trị (dùng để liên kết) lên miền dẫn ở mức cao hơn, có thể chuyển động tự do. Càng có nhiều photon chiếu đến càng có nhiều cơ hội để electron nhảy lên miền dẫn.
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 2. Nguyên lí hoạt động: Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p (qua một phụ tải như lèn LED chẳng hạn) thì electron từ miền dẫn của bán dẫn loại n sẽ qua mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống. Đó là dòng điện pin Mặt trời silic sinh ra khi được chiếu sáng. Hiệu suất pin khoảng 28%.
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 3. Sự hấp thụ photon: Khi chất bán dẫn được chiếu bằng ánh sáng, photon sáng có thể bị hấp thụ hoặc truyền qua chất bán dẫn, phụ thuộc năng lượng photon và phụ thuộc năng lượng vùng cấm Eg. Nếu năng lượng photon E bé hơn Eg, photon không dễ dàng bị hấp thụ. Trong trường hợp này, ánh sáng được truyền qua vật liệu và chất bán dẫn xuất hiện là trong suốt. Nếu E> Eg, photon có thể tương tác với một điện tử hóa trị và nâng điện tử vào vùng dẫn. Vùng hóa trị chứa nhiều điện tử và vùng dẫn chứa nhiều trạng thái trống. Tương tác này tạo nên một điện tử trong vùng dẫn và một lỗ trống trong vùng hóa trị Cường độ dòng photon tại vị trí x: I ( x) I e . x v v0 : hệ số hấp thụ.
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II MÀNG MỎNG 1. Cấu tạo: PMT MIS (metal – isnulator – semiconductor) Cấu trúc pin gồm một lớp kim loại phủ lên trên đế Si (loại n hoặc p), giữa chúng là một lớp cách điện (insulator, thường là SiO2) và mặt trên cùng là điện cực trước. Pin loại này đơn giản nhưng có hiệu suất không cao.
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II MÀNG MỎNG 2. Nguyên lí hoạt động: Sự chuyển hóa năng lượng quang điện trong PMT gồm hai bước cơ bản:  Đầu tiên chất bán dẫn hấp thụ những photon với năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm Eg làm sinh ra những cặp electron và lỗ trống khi pin được phơi sáng. Đây là quá trình chuyển hóa quang năng thành hóa năng. Sau đó những cặp electron và lỗ trống này được phân ly và chuyển ra mạch ngoài. Đây là quá trình chuyển hóa hóa năng thành điện năng.
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II MÀNG MỎNG 2. Nguyên lí hoạt động: Điện cực kim loại trong PMT thực ra là một tiếp xúc kim – loại bán dẫn, nó được chia làm hai loại: tiếp xúc Ohmic và tiếp xúc Schottky. Tiếp xúc Ohmic cho phép trao đổi hạt tải đa số giữa bán dẫn và kim loại một cách dễ dàng trong khi tiếp xúc Schottky thì ngăn cản sự trao đổi hạt tải đa số giữa bán dẫn và kim loại. Vì thế trong PMT người ta mong muốn các tiếp xúc kim – loại bán dẫn là tiếp xúc Ohmic.
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II MÀNG MỎNG 2. Nguyên lí hoạt động:
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II MÀNG MỎNG 2. Nguyên lí hoạt động:
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II MÀNG MỎNG 2. Nguyên lí hoạt động:
PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II MÀNG MỎNG 3. Khuyết điểm của pin mặt trời thế hệ II: Có hiệu suất chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành điện năng thấp hơn, tuổi thọ cũng thấp hơn so với pin thế hệ I trong khi đó mức độ độc hại của các hóa chất sử dụng trong quá trình chế tạo cao hơn