Photovoltaics (Quang điện) – Các Công Nghệ Quang Điện?

Công nghệ quang điện (PV) – thường được biết đến là các tấm pin mặt trời – tạo ra năng lượng sử dụng những thiết bị mà hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó sang năng lượng điện qua các vật liệu bán dẫn. Những thiết bị này, được biết đến như những phần tử pin mặt trời, sau đó được kết nối để tạo ra các đơn vị năng lượng lớn hơn là những khối (modules) hoặc bảng (panels). Đọc thêm về PV làm việc như thế nào.

Photovoltaics (Quang điện)

Các công nghệ quang điện

  1. Tinh thể Silic
  2. Cadmium Telluride (CdTe)
  3. Copper Indium Gallium Diselenide (CIGS)
  4. Perovskites
  5. Đa chức năng (Multijunction) (III-V)
  6. Hữu cơ (oganic)

1. Nghiên cứu về quang điện tinh thể Silic

Bên dưới là tổng hợp các lợi ích và những thảo luận dựa trên quá trình sản xuất công nghệ năng lượng mặt trời này.

Căn bản

Các phần tử pin PV bằng tinh thể Silic là những phần tử pin mặt trời phổ biến nhất được sử dụng trong những tấm pin có sẵn trên thị trường, đại diện hơn 85% thị trường pin PV của thế giới năm 2011. Phần tử tinh thể Silic PV có hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong phòng thí nghiệm trên 25% đối với phần tử đơn tinh thể và trên 20% đối với tế bào đa tinh thể. Tuy nhiên, công nghiệp sản xuất các khối năng lượng mặt trời hiện tại đạt hiệu suất trong khoảng từ 18% 22% trong các điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn.

Các hướng nghiên cứu

Các nỗ lực nghiên cứu hiện tại tập trung vào các cách thức đổi mới để giảm chi phí. Nghiên cứu và phát triển đang được thực hiện để giảm các yêu cầu về nguyên liệu thô, bao gồm khai thác các lớp hấp thụ tinh thể silicon siêu mỏng, phát triển kỹ thuật sản xuất các lát bán dẫn không có bụi silic (keft-free wafer) (keft là bụi silic bị lãng phí khi các thỏi Silic được cắt thành tấm mỏng), và tối ưu hóa các quy trình tăng trưởng.

Lợi ích

Những lợi ích của pin mặt trời tinh thể Silic bao gồm:

  • Sự chín muồi: có một lượng thông tin đáng kể đánh giá độ tin cậy và sự mạnh mẽ của thiết kế, điều quan trọng để thu được vốn cho các dự án triển khai.
  • Hiệu suất: một tiêu chuẩn công nghiệp sản xuất các phần tử Silic mang lại hiệu quả cao hơn bất kì thiết bị mối nối đơn sản xuất hàng loại nào khác. Hiệu suất cao hơn làm giảm chi phí lắp đặt cuối cùng vì ít pin mặt trời cần được sản xuất và lắp đặt cho một đầu ra nhất định.
  • Tin cậy: Pin tinh thể Silic đạt thời gian 25 năm và ít thể hiện sự xuống cấp lâu dài.
  • Phong phú: Silic là nguyên tố phong phú thứ hai trong vỏ trái đất (sau oxy)

Sản xuất

Pin mặt trời tinh thể Silic điển hình được sản xuất từ đơn tinh thể (single-crystal) Silic hoặc đa tinh thể Silic. Pin đơn tinh thể được sản xuất từ những tấm Silic giả hình vuông, chất nền được cắt từ những thỏi đơn tinh thể (boules) được tạo thành bởi quy trình Czochralski, kỹ thuật vùng nổi ( oat-zone), ruy băng tăng trưởng, hoặc những kỹ thuật mới nổi khác. Pin mặt trời silicon đa tinh thể được làm theo truyền thống từ đế silicon hình vuông được cắt từ các thỏi đúc trong nồi nấu kim loại thạch anh.

Để giảm lượng ánh sáng phản xạ bởi pin mặt trời – và do đó không được sử dụng để tạo ra dòng điện – một lớp phủ chống phản xạ (ARC), thường là titanium dioxide (TiO2) hoặc silicon nitride (SiN) được lắng đọng trên bề mặt silicon. Để tăng khả năng bắt giữ và hấp thụ ánh sáng, phần trên của pin mặt trời có thể được kết cấu bằng các cấu trúc hình chóp có kích thước cỡ micromet, được hình thành bằng các quy trình khắc hóa học.

Để tạo ra một mối nối p-n, điển hình một chất hóa học được pha tạp khu vực n+ được tạo ra bên trên chất pha tạp boron chất nền silicon loại p-. Một điện cực kim loại, chẳng hạn như  nhôm, tạo thành mặt tiếp xúc mặt sau, trong khi mặt tiếp xúc phía trước thường được hình thành bằng cách sử dụng keo bạc in trên màn hình được áp dụng bên trên lớp ARC.

Sự thu thập hạt mang điện tích trong pin mặt trời silicon tinh thể đạt được nhờ vào sự khuếch tán số ít các hạt mang điện bên trong lớp pha tạp p và lớp pha tạp n. Chiều dài khuếch tán dài (>200 micromet) giúp thu thập vật chuyên chở trên toàn bộ phạm vi độ dày của pin mặt trời nơi xảy ra hiện tượng hập thụ quang học.

2. Cadmium Telluride (CdTe)

Nghiên cứu đổi mới tập trung vào việc vượt qua các rào cản công nghệ và thương mại hiện tại đối với pin mặt trời cadmium telluride (CdTe).

Lý lịch

Pin mặt trời CdTe là công nghệ quang điện phổ thông thứ 2 trên thế giới sau tinh thể Silic, hiệ tại chiếm 5% thị phần trên thế giới. Pin mặt trời màng mỏng CdTe có thể được sản xuất nhanh chóng và không tốn kém, cung cấp một giải pháp thay thế cho công nghệ dựa trên Silicon truyền thống. Hiệu suất ghi được đối với Pin mặt trời CdTe trong phòng thí nghiệm là 22,1% cho điện mặt trời đầu tiên. Điện mặt trời đầu tiên cũng ghi lại được hiệu suất thương mại trung bình của khối xấp xỉ 18% vào cuối năm 2020.

Lợi ích

Lợi ích của pin mặt trời tấm mỏng CdTe bao gồm:

  • Độ hấp thụ cao: CdTe

 

Viết một bình luận