Chương 4: Quang điện (pin mặt trời)

Chia sẻ: Ngo Hoan Kha | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

352
lượt xem 117
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: 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. 12/70
Vật liệu pin mặt trời Loại Silicon Tên viết tắt Kích cỡ Phương pháp lắng đọng Silicon đơn tinh thể sc-Si >10cm Czochralski, float zone Silicon đa tinh thể mc-Si 1mm-10cm Cast, sheet, ribbon Poly tinh thể silicon pc-Si 1mm-10mm Chemical-vapor deposition Micro tinh thể silicon mc-Si
Vật liệu pin mặt trời Hấp thụ Hệ số hấp thụ của vật liệu cho thấy ánh sáng có bước sóng cụ thể (hoặc năng lượng) có thể xuyên qua các vật liệu trước khi bị hấp thụ. Một hệ số hấp thụ nhỏ có nghĩa là ánh sáng được hấp thụ dễ dàng bằng vật liệu. Một lần nữa, hệ số hấp thụ của một tế bào năng lượng mặt trời phụ thuộc vào hai yếu tố: vật liệu làm các tế bào, và các bước sóng hoặc năng lượng của ánh sáng được hấp thụ. Ánh sáng có năng lượng là dưới dạng vật chất vùng cấm không thể giải phóng một electron. Và như vậy, nó không phải là hấp thụ. 14/70
Vật liệu pin mặt trời Band gap (vùng cấm) Vùng cấm của một vật liệu bán dẫn là một lượng năng lượng. Cụ thể, đó là năng lượng tối thiểu cần thiết để di chuyển một electron từ trạng thái bị ràng buộc trong một nguyên tử để trở thành nhóm tự do. Nhóm điện tử tự do nay có thể được tham gia trong dẫn. Mức năng lượng thấp của một chất bán dẫn được gọi là "vùng hóa trị." và mức năng lượng cao hơn, nơi một electron tự do di chuyển được gọi là "vùng dẫn". Vùng cấm là sự khác biệt năng lượng giữa vùng dẫn và vùng hóa trị. 15/70
Vật liệu pin mặt trời 16/70
Loại pin mặt trời (Silicon) Silicon đơn tinh thể Để tạo silicon trong một nhóm đơn tinh thể, chúng ta phải làm tan chảy cao độ tinh khiết silicon. Nó được sửa đổi hoặc đông lai rất chậm trong va chạm ̣ với một đơn tinh thể "hạt giống". Silicon thích ứng với mô hình của các hạt giống đơn tinh thể khi nó nguội đi và dần dần củng cố. Không có gì đáng ngạc nhiên, bởi vì chúng ta bắt đầu từ một hạt giống, chúng tôi nói rằng điều này là quá trình "phát triển" một thanh mới (thường được gọi là một "Boule") của silicon đơn tinh thể nóng chảy. Một số quy trình khác nhau có thể được sử dụng để phát triển một “Boule” đơn tinh thể silicon. Các quá trình hình thành và đáng tin cậy nhất là phương pháp Czochralski (Cz) và kỹ thuật float-zone (FZ). Chúng tôi cũng thảo luận về "ribbon tăng trưởng" kỹ thuật. 17/70
Loại pin mặt trời (Silicon) Silicon đơn tinh thể Các kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất cho Silicon đơn tinh thể là quá trình Czochralski, trong đó một hạt giống của silicon đơn tinh thể ở vị trí đầu nóng chảy silicon. Khi hạt giống được từ từ nâng lên, nguyên tử silicon nóng chảy củng cố mô hình của hạt giống và mở rộng các đơn tinh thể cấu trúc. 18/70
Loại pin mặt trời (Silicon) Silicon đa tinh thể Silicon đa tinh thể là nguyên liệu bằng silicon thường ít hiệu quả hơn so với những đơn tinh thể silicon, nhưng nó có thể sản xuất ít tốn kém hơn. Silicon đa tinh thể có thể được sản xuất trong nhiều cách khác nhau. Phổ biến nhất là phương pháp liên quan đến một quá trình đúc, trong đó silicon nóng chảy trực tiếp đúc vào một khuôn và cho phép đông đặc thành một phôi. Nguyên liệu ban đầu có thể là một silicon tinh chế cấp thấp hơn, đúng hơn là cao cấp lớp bán dẫn cần thiết cho các vật liệu đơn tinh thể. Tốc độ làm mát là một trong những yếu tố quyết định cuối cùng kích thước của các tinh thể trong phôi và phân phối tạp chất. Loại nấm này thường là hình vuông, sản xuất một phôi có thể được cắt và cắt thành ô vuông phù hợp gọn trong một module PV. 19/70
Loại pin mặt trời (Silicon) Silicon vô định hình Chất rắn vô định hình, như thủy tinh thông thường, là vật liệu có nguyên tử không được bố trí trong bất kỳ thứ tự cụ thể. Nó không hình thành cấu trúc tinh thể ở tất cả, và chúng chứa một số lượng lớn khiếm khuyết về cấu trúc và liên kết. Nhưng nó có một số tính kinh tế ưu điểm so với các vật liệu khác mà làm cho chúng hấp dẫn để sử dụng điện năng lượng mặt trời, hoặc quang điện (PV), các hệ thống. Hôm nay, silicon vô định hình là phổ biến trong các thiết bị tiêu dùng năng lượng mặt trời có yêu cầu điện năng thấp, chẳng hạn như đồng hồ đeo tay và máy tính. 20/70