TIỂU LUẬN VẬT LÝ CHẤT RẮN ĐỀ TÀI SOLAR CELL

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA: KHOA HỌC ỨNG DỤNG
--------

TIỂU LUẬN
VẬT LÝ CHẤT RẮN
ĐỀ TÀI

SOLAR CELL

Giảng viên hướng dẫn: TS. Đỗ Huy Bình
Mã số học phần: SEMA320712_22_1_01
Nhóm sinh viên thực hiện: 04
Học kì: I- Năm học: 2022-2023

TP.Hồ Chí Minh Tháng 10 năm 2022


DANH SÁCH NHĨM TIỂU LUẬN
MƠN VẬT LIỆU BÁN DẪN - HỌC KỲ I NĂM HỌC 2021-2022

1. Mã lớp môn học: SEMA320712_22_1_01
2. Giảng viên hướng dẫn: TS. Đỗ Huy Bình
3. Tên đề tài: Tìm hiểu vật liệu bán dẫn SOLAR CELL
4. Danh sách thành viên nhóm viết tiểu luận:
STT

Họ và tên

MSSV

1

Phan Thị Thanh Trà

20130072

2

Phạm Nguyễn Minh Nhật

20130049

3

Ngô Thùy Hồng Lam

20130041

4

Phạm Đức Thịnh

20130064

5

Huỳnh Thị Thanh Thúy

20130067

tỷ lệ % tham gia

Ký tên

nhận xét của giáo viên:

..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
Ngày ……. Tháng 10 năm 2022
GVHD kí tên

Đỗ Huy Bình


MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................... 1
MỤC LỤC HÌNH ẢNH ................................................................................ 4
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 5
MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 7
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ SOLAR CELL ...................................... 8
1. Lịch sử hình thành solar cell ............................................................. 8
2. Hiện tượng quang điện trong .......................................................... 10
3. Hiệu suất PV ................................................................................... 12
CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG PV THẾ HỆ I VÀ II .................................... 14

2.1. pin mặt trời tinh thể silic .............................................................. 14
2.1.1. mono cystalline ................................................................. 14
2.1.2. Poly crystalline. ................................................................ 15
2.1.3. Quy trình sản xuất 1 tấm pin mặt trời đơn tinh thể. ......... 17
2.2. Thin film solar cell. ...................................................................... 20
CHƯƠNG 3: PV THẾ HỆ THỨ III VÀ IV ............................................. 23
3.1. Pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm (DSSC) ........................ 23
3.2. Quantum Dots solar cell............................................................... 25
3.2.1. Một số hạn chế của QDSC................................................ 28
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀ THỊ TRƯỜNG SC TOÀN CẦU .......... 29
4.1. Ứng dụng của SC ......................................................................... 29
4.2. Thị trường solar cell toàn cầu ...................................................... 31
KẾT LUẬN .................................................................................................. 34
PHỤ LỤC ..................................................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 37


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 : Hệ 2 mức năng lượng ............................................................................ 10
Hình 2 :Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời.................................................... 12
Hình 3 :Quy trình nối để sản xuất tấm silicon .................................................... 14
Hình 4 :Cấu trúc pin mặt trời đơn tinh thể. ........................................................ 15
Hình 5 :ảnh tế bào quang điện đa tinh thể .......................................................... 16
Hình 6 :Cấu trúc TFSC điển hình cho mối nối đơn: (a) chất nền Cu (InGa) Se2;
(b)CdTe siêu tốc độ; và (c) song song thiết bị nối ba a-Si ................................. 22
Hình 7 :Biểu đồ mức năng lượng của DSSC. VAC = mức năng lượng chân
không, CB = vùng dẫn, VB = vùng hóa trị ......................................................... 24
Hình 8 :Sơ đồ và hoạt động của thiết bị pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm.
............................................................................................................................. 24
Hình 9 :Loại chấm lượng tử mới có thể dẫn đến pin mặt trời rẻ hơn và truyền

thông qua vệ tinh tốt hơn..................................................................................... 25
Hình 10 :Cấu tạo và hoạt động của pin mặt trời Chấm lượng tử....................... 27
Hình 11 :Sơ đồ nguyên lý hoạt động và sơ đồ dải năng lượng của QDSC ........ 27
Hình 12 :a) xe dùng pin mặt trời, b) đèn dùng pin mặt trời ............................... 29
Hình 13 :Sự phát triển của công suất lắp đặt điện mặt trời hàng năm trên toàn
cầu tới năm 2015 ................................................................................................. 33


PHỤ LỤC
Phụ lục 1 :Một số số liệu tham khảo về Pin mặt trời ................................ 35
Phụ lục 2 : Một số tính chất của vật liệu Pin mặt trời .............................. 35
Phụ lục 3 : so sánh hiệu suất giữa các loại pin ......................................... 36


DANH MỤC VIẾT TẮT

TFSC

:

Thin film solar cell

DSSC

:

Pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm

QDSC

:

Quantum dot solar cell

PV

:

Photo voltaic

PVD

:

Physical Vapor Deposition

CIS

:

Đồng-Indi-Selenide

CIGS

:

Đồng Indium-Gali-Diselenide

Cd-Te

:

Cadmium Telluride

CVD

:

Lắng đọng hơi hóa học


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
Nhu cầu về nguồn năng lượng của con người trong thời đại khoa học kỹ
thuật phát triển ngày càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than
đã dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện đều, nhiệt điện có hạn khiến cho
nhân loại đứng trước nguy cơ ngày càng cạn kiệt và gây ơ nhiễm mơi trường. Việc
tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng mặt trời là
hướng quan trọng và đang ngày càng mạnh mẽ. Năng lượng mặt trời được xem
như là ngốn năng lượng tru việt trong tương lai, đó là nguồn năng lượng sẵn có,
siêu sạch và miễn phí. Tỷ trọng các nguồn năng lượng này đang tăng lên theo cấp
số nhân qua các năm, nhận được sự quang tâm của chính phủ các quốc gia trên
thế giới, các nhà khoa học ở tất cả lĩnh vực liên quan.
Việt Nam có lợi thế là nằm trong vùng phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều
nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, với bờ biển trải dai hơn
3.000km, lại có tới hàng nghìn đảo hiện có dân cư sinh sống, nhưng nhiều nơi
không thể đưa điện lưới đến được. Vì vậy,việc nghiên cứu triển khai áp dụng năng
lượng thay thế trong đó có năng lượng mặt trời là rất cần thiết.
Trên cơ sở đó và được sự hướng dẫn của Thầy Đỗ Huy Bình nhóm chúng
em chọn đề tài "Tìm hiểu vật liệu bán dẫn SOLAR CELL" nhằm hồn thiện vấn

đề cịn đang bỏ ngỏ hoặc chưa quan tâm đầy đủ như đã kể trên.
2. Mục đích nghiên cứu.
Đề tài tập trung tìm hiểu về tế bào quang điện và quy trình chế tạo ra một
tế bào quang điện để hoàn thiện vật liện bán dẫn solar cell.
3. Phương pháp nghiên cứu.
Phân tích và xác định đặc thù của đối tượng nghiên cứu thông qua nhiều
cách tiếp cận.


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ SOLAR CELL

1. Lịch sử hình thành solar cell
Bất kỳ thiết bị nào trực tiếp biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng
điện thông qua quá trình quang điện là pin mặt trời. Sự phát triển của công nghệ
pin mặt trời bắt đầu từ nghiên cứu năm 1839 của nhà vật lý người Pháp AntoineCésar Becquerel . Becquerel quan sát thấy hiệu ứng quang điện khi làm thí nghiệm
với điện cực rắn trong dung dịch chất điện phân thì ơng thấy có hiệu điện thế xuất
hiện khi ánh sáng chiếu vào điện cực. Sau đó vào những năm 1870, Willoughby
Smith, WG Adams và RE Day đã phát hiện ra hiệu ứng PV trong selen. Vài năm
sau, một người Mỹ tên là CE Fritts đã đặt một tấm selen vơ định hình lên một kim
loại nền và phủ selen bằng một lá vàng trong suốt. Ông báo cáo rằng mảng selen
này tạo ra một lực “liên tục, không đổi và đáng kể - khi tiếp xúc với ánh sáng mặt
trời.” Vào thời điểm đó, khơng có lượng tử lý thuyết và ơng rất nghi ngờ những
tuyên bố của mình về việc chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, vì vậy
ơng đã gửi một mẫu đến Werner Siemens ở Đức, một trong những chuyên gia
được kính trọng nhất trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi của cả
màng oxit kim loại mỏng và pin mặt trời selen vơ định hình đều thấp hơn 1%.
Khoảng 75 năm trôi qua trong khi cơ học lượng tử được phát hiện, tầm quan
trọng của chất bán dẫn đơn tinh thể đã được công nhận và hành vi tiếp giáp p / n
đã được giải thích. Đến năm 1954, Chapin và cộng sự. tại Bell Labs đã phát hiện,
phát minh và chứng minh một loại pin mặt trời silicon đơn tinh thể với hiệu suất

6%. Trong vài năm tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã tạo ra pin mặt trời silicon có
hiệu suất lên tới 15%. Ngày nay, pin mặt trời silicon đang được sử dụng để cung
cấp năng lượng cho trạm vũ trụ.
Ngành công nghiệp pin mặt trời vẫn cịn nhỏ cho đến khi có lệnh cấm vận
dầu mỏ đầu tiên của Ả Rập vào năm 1973. Cho đến thời điểm đó, ngành sản xuất
pin mặt trời đã tạo dựng được chỗ đứng vững chắc với ngành sản xuất. và hiệu


suất ô và mảng cấp thấp nhưng nhất quán. Trong 20 năm đầu, độ tin cậy là động
lực và chi phí khơng quan trọng. Sau năm 1973, mơ-đun silicon dạng đĩa phẳng
được đưa ra và được điều chỉnh cho phù hợp với thời tiết và khả năng chống chịu.
Quá trình chuyển đổi này cũng bao gồm những cải tiến lớn trong chế tạo tế bào
và mơ-đun giúp giảm chi phí đáng kể. Đĩa phẳng hiệu quả của tế bào silicon “vô
địch” được cải thiện đến giá trị cao tới 25%. Hiệu suất mô-đun sản xuất đã được
cải thiện từ khoảng 10% đối với các mô-đun ban đầu lên đến 19% hiện nay
(SunPower Corporation). Quan trọng nhất là số lượng sản xuất hàng năm đã tăng
lên đáng kể. Sản lượng trên toàn thế giới đã vượt quá 1 GW / năm vào năm 2002
và tăng lên hơn 3,8 GW / năm vào năm 2006.
Vào cuối những năm 1970, người ta phát hiện ra rằng các tế bào tốt có thể
được tạo ra bằng các tấm wafer đa tinh thể miễn là kích thước tinh thể lớn hơn ít
nhất 20 lần so với chiều dài hấp thụ quang học. Chỉ các hạt tải điện trong chiều
dài hấp thụ quang học từ ranh giới tinh thể mới bị mất. Đây là ít hơn 5% các nhà
cung cấp dịch vụ. Về đặc điểm, hiệu suất sản xuất các tế bào đa tinh thể là khoảng
14%, trong khi các tế bào đơn tinh thể tương đương có hiệu suất khoảng 15%.
Đến năm 2007, mơ-đun có tế bào đa tinh thể chiếm khoảng 45% doanh số bán
hàng và mơ-đun có tế bào đơn tinh thể chiếm khoảng 40% doanh số bán hàng.
Các mô-đun tế bào silicon phẳng đã thống trị thị trường vào năm 2007 vì những
năm đầu được tài trợ tốt cho vệ tinh không gian và hỗ trợ đường cong học tập
khổng lồ của chúng từ silicon đơn tinh thể và các phát triển cơng nghệ. Mạch tích
hợp.

Trong khi các tế bào làm từ silicon vẫn thống trị thị trường điện mặt trời
ngày nay, một số loại tế bào khác hiện đã tham gia vào thị trường. (Pin mặt trời
còn được gọi là tế bào PV). Các loại tế bào mới hơn này bổ sung sự đa dạng trong
các ứng dụng tiềm năng cũng như cung cấp các con đường thay thế để giảm chi
phí năng lượng mặt trời. Các loại tế bào thay thế này bao gồm các tế bào silicon
vơ định hình được hydro hóa , cadmium telluride và các tế bào màng mỏng CIGS
cũng như các tế bào cô đặc với hiệu suất cao tới 41%.


2. Hiện tượng quang điện trong
Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên vào năm 1839 bởi nhà vật lý
Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến năm 1883 một pin năng
lượng mới được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một
lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl
xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946. Sau đó Sven Ason
Berglund đã có các phương pháp liên quan tới việc tăng khả năng cảm nhận ánh
sáng của pin.

Hình 1 : Hệ 2 mức năng lượng [7]
Xét một hệ 2 mức năng lượng điện tử (hình 1) E1 < E2, bình thường điện tử
chiếm mức năng lượng thấp hơn E1. Khi nhận bức xạ mặt trời, lượng tử ánh sáng
photon có năng lượng hv (trong đó h là hằng số Planck,v là tần số ánh sáng) bị
điện tử hấp thụ và chuyển lên mức năng lượng E2. Ta có phương trình cân bằng
năng lượng:
Hv = E2 – E1
Trong các vật thể rắn, do tương tác rất, mạnh của mạng tinh thể lên điện tử
vịng ngồi, nên các mức năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng sát
nhau và tạo thành các vùng năng lượng (hình 2). Vùng năng lượng thấp bị các
điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hóa trị, mà mặt trên của
nó là mức năng lượng Ev. Vùng năng lượng phía trên tiếp đó hồn tồn trống

hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, mặt dưới của vùng có năng lượng là
Ec. Cách ly giữa hai vùng hóa trị và vùng dẫn là một vùng cấp có độ rộng với
năng lượng là Eg, trong đó khơng có mức năng lượng cho phép nào của điện tử.


Khi nhận bức xạ mặt trời, photon có năng lượng hv tới hệ thống và bị điện
tử ở vùng có hóa trị thấp hấp thu và trở thành điện tử tự do e-, để lại ở vùng hóa
trị một lỗ trống có thể xem như hạt mang điện dương, kí kiệu là h+. Lỗ trống này
có thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện.

Hiệu ứng lượng tử của q trình hấp thụ photon có thể mơ tả bằng phương trình:

Ev +hv → e- + h+
Điều kiện để điện tử có thể hấp thu năng lượng của photon và chuyển từ
vùng hóa trị lên vùng dẫn, tạo ra cặp điện tử - lổ trống là hv = hc/ >= Ec – Ev.
Từ đó có thể tính được bước sóng tới hạn c của ánh sáng để có thể tạo ra cặp evà h+:

c =

hc
h
1,24
(m)
= c =
Ec − Ev Eg
Eg

Trong thực tế các hạt dẫn bị kích thích e- và h+ đều tự phát tham gia vào
quá trình phục hồi, chuyển động đến mặt của các vùng năng lượng: điện tử e- giải
phóng năng lượng để chuyển đến mặt của vùng dẫn Ec, còn lỗ trống h + chuyển

đến mặt của Ev, quá trình phục hồi chỉ xảy ra trong khoảng thời gian rất ngắn
10-12 - 10-1giây và gây ra dao động mạnh ( photon). Năng lượng bị tổn hao do quá
trình phục hồi sẽ là Eph = hv – Eg.
Tóm lại khi vật rắn nhận tia bức xạ mặt trời, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ
năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra các hạt dẫn điện tử - lỗ trống
e- - h+, tức là đã tạo ra một điện thế. Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng quang điện bên
trong.


Hình 2 :Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời. [7]
3. Hiệu suất PV
Nhờ tiến bộ kỹ thuật, hiệu quả của PV đã tăng lên nhanh chóng. Hiệu suất
chuyển đổi năng lượng của PV trong điều kiện phịng thí nghiệm đã tăng đều đặn
từ 18% (1970) lên 28,5% (đối với tinh thể silic) và 35% (đối với loại 2 lớp: gali
arsenit và kháng gali).
Có hai loại PV được sử dụng ngày nay: PV tinh thể silic với mật độ 75%
và PV phốt pho-25%. Sợi PV dày 1-2 µm có hiệu suất 16%, giá thành rất rẻ.
Các thông số làm việc của các loại PV được tính tốn cho nhiệt độ khơng
khí xung quanh khoảng 25oC.
Tổn thất khơng thể đảo ngược (hoặc hiệu suất chuyển đổi năng lượng) trong
PV liên quan đến:


• Sự phản xạ bức xạ mặt trời từ bề mặt PV.
• Khả năng một phần bức xạ đi qua tế bào quang điện mà không bị tế
bào quang điện hấp thụ.
• Tán xạ do dao động nhiệt của chùm phơtơn thừa năng lượng.
• Sự tái hợp của các cặp phơtơn trên bề mặt và trong lịng của tế bào
quang điện.
• Trở kháng bên trong của bộ biến đổi và một số quá trình vật lý khác.

Để giảm thiểu các loại tổn thất, người ta thường áp dụng các giải pháp sau:
• Sử dụng chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm tối ưu cho bức xạ mặt
trời.
• Cải thiện các đặc tính của cấu trúc bán dẫn bằng cách tối ưu hóa hợp
kim và tạo ra điện trường tổng hợp.
• Chuyển đổi cấu trúc từ đồng nhất sang khơng đồng nhất và pha tạp.
• Tối ưu hóa các thơng số thiết kế của tế bào quang điện (độ sâu của
tiếp giáp p-n, độ dày của lớp đế, tần số của lưới tiếp xúc, v.v.).
• Sử dụng màng phủ quang học đa chức năng tự làm sạch, tự điều nhiệt
và bảo vệ tế bào quang điện khỏi bức xạ vũ trụ.
• Thiết kế tế bào quang điện trong suốt trong vùng sóng dài của quang
phổ mặt trời phía sau ranh giới của dải hấp thụ chính.
• Tạo ra các tế bào quang điện phân lớp (xếp tầng) từ các chất bán dẫn
được chọn lọc đặc biệt theo độ rộng của vùng cấm, cho phép chuyển
đổi theo từng tầng của bức xạ đi qua tầng trước đó.
Ngồi ra, hiệu quả của tế bào quang điện còn được nâng cao nhờ: chế tạo
bộ chuyển đổi với độ nhạy hai mặt (lên đến + 80% so với loại một mặt hiện có)
sử dụng các cấu trúc phát quang-tái phát quang, sử dụng thấu kính Frenel để tách
quang phổ ban đầu của mặt trời thành 2 hoặc nhiều vùng bằng bộ phân chia ánh
sáng nhiều lớp bằng phim chuyển đổi từng vùng quang phổ bằng các ô riêng biệt.


CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG PV THẾ HỆ I VÀ II

Cho đến nay, silicon là vật liệu bán dẫn phổ biến nhất được sử dụng trong
pin mặt trời, chiếm khoảng 95% các mơ-đun được bán hiện nay. Nó cũng là vật
liệu phong phú thứ hai trên Trái đất (sau oxy) và là chất bán dẫn phổ biến nhất
được sử dụng trong chip máy tính. Các tế bào silicon tinh thể được tạo ra từ
các nguyên tử silicon kết nối với nhau để tạo thành mạng tinh thể. Mạng tinh
thể này cung cấp một cấu trúc có tổ chức giúp chuyển đổi ánh sáng thành điện

năng hiệu quả hơn. Các tế bào năng lượng mặt trời làm từ silicon hiện đang
mang lại sự kết hợp giữa hiệu quả cao, chi phí thấp và tuổi thọ dài. Các môđun dự kiến sẽ tồn tại trong 25 năm hoặc hơn, vẫn tạo ra hơn 80% sức mạnh
ban đầu của chúng sau thời gian này.

2.1. pin mặt trời tinh thể silic
2.1.1. mono cystalline
Monocrystalline hay pin mặt trời Mono đơn tinh thể được cắt ra từ những
thỏi Silic hình ống, những tấm đơn tinh thể này có những mặt trống ngay góc nối
Module (hình 3). Mono được cấu tạo bởi tế bào tinh thể duy nhất và các phân tử
electron tạo ra dịng điện có nhiều khoảng trống để chúng di chuyển nhanh hơn.

Hình 3 :Quy trình nối để sản xuất tấm silicon[3]


Quá trình sản xuất nên tinh thể đơn hay 1 tinh thể được gọi là Czochralski.
Trong quá trình Czochralski này, các tinh thể Si được cắt ra từ các thỏi có kích
thước lớn. Q trình xử lý chính xác được yêu cầu trong khi sản xuất đơn tinh thể
lớn, do đó nó làm cho quá trình "kết tinh lại" này tốn kém hơn. Mặc dù hiệu suất
của pin mặt trời silicon đơn tinh thể nằm trong khoảng 14% - 18%, nhưng công
ty hàng đầu SunPower Corporation đã sản xuất các mơ-đun có hiệu suất 20,4%,
được đo lường bởi NREL Mỗi quy trình sẽ tạo ra những silic đơn tinh thể - silic
góp phần khá quan trọng khi chế tạo vi mạch bán dẫn. Pin năng lượng mặt trời
Mono có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời nhanh kể cả khi khơng có nắng. Đặc
biệt chỉ cần có ánh sáng thì pin đã có thể tạo ra điện.

Hình 4 :Cấu trúc pin mặt trời đơn tinh thể. [8]
2.1.2. Poly crystalline.
Các tấm pin mặt trời đa tinh thể (polysilicon, poly crystal, poly-Si hay cịn có:
multi-Si, mc-Si) được làm từ các tế bào năng lượng mặt trời đa tinh thể riêng lẻ.
Cũng giống như pin mặt trời đơn tinh thể, pin mặt trời đa tinh thể được làm từ

tinh thể silicon. Điểm khác biệt là, thay vì được đùn ra như một thỏi nguyên chất, tinh
thể silicon sẽ tự nguội đi và phân mảnh. Những mảnh vụn này được nấu chảy trong lị
nướng và tạo thành những hình khối được cắt thành những tấm mỏng. Vì vậy, nhiều


tinh thể khác nhau tạo thành hỗn hợp này, chứ không phải là đơn tinh thể của loại pin
mặt trời đơn tinh thể. Đó là một quy trình sản xuất ít chính xác hơn so với các tế bào
đơn tinh thể, vì vậy nó cho phép sản xuất nhiều pin mặt trời hơn nhanh hơn và ít tốn
kém hơn.
Các ơ đa tinh thể hình vng có màu xanh lam nằm gọn gàng cạnh nhau,
loại bỏ mọi khoảng trống giữa các ô. Các tấm pin mặt trời đa tinh thể hoạt động
kém hiệu quả hơn các tấm pin đơn tinh thể vì các mảnh silicon nóng chảy tạo ra
ít khơng gian hơn cho các electron di chuyển xung quanh.
Các tấm đa tinh thể thường có xếp hạng hiệu quả từ 13% đến 16%. Mặc dù
chỉ ít hơn một vài điểm phần trăm so với các tấm pin đơn tinh thể, nhưng đó là một
sự khác biệt có thể tính rất nhiều khi được kết hợp trên nhiều tấm pin mặt trời .
Tế bào PV đa tinh thể có tốc độ phân hủy cao hơn so với tế bào đơn tinh
thể, điều này khiến chúng mất hiệu quả nhanh hơn một chút. Chúng có tuổi thọ
từ 20-35 năm và đơi khi cịn hơn thế nữa.
Vật liệu khoảng 90% được sử dụng để sản xuất tế bào đa tinh thể có thể tái
chế.Và đến năm 2030, dự kiến sẽ có gần 45 triệu mô-đun mới được sản xuất bằng
chế độ tái chế, tương đương với 380 triệu USD.

Hình 5 :ảnh tế bào quang điện đa tinh thể [8]


2.1.3. Quy trình sản xuất 1 tấm pin mặt trời đơn tinh thể.
Quá trình sản xuất pin mặt trời đơn tinh thể bao gồm 8 bước chính và trong
phần này, chúng ta sẽ nhanh chóng đi qua từng bước trong số đó .
1) Tạo silicon luyện kim (Make Metallurgical Silicon)

+ Thành phần chính tạo nên các tấm pin mặt trời đơn tinh thể là silicon còn
được gọi là cát Silica (Silica sand), Quartzite, hoặc SiO2).
+ Bước đầu tiên trong sản xuất tế bào đơn tinh thể là chiết xuất silic tinh
khiết từ thạch anh để chế tạo silic luyện kim (hoặc silicon tinh khiết).
+ Để tạo ra silicon luyện kim, các lò đặc biệt được sử dụng để nấu
chảy SiO2 và Carbon ở nhiệt độ trên 2.552 độ F tương đương 75,5 độ C (1 độ C
= 33,8 độ F), để lại 98% đến 99% silicon nguyên chất.
+ Mặc dù silicon luyện kim có độ tinh khiết cao nhưng nó không đủ tinh
khiết để được sử dụng trong các tấm PV.
Do đó, việc thanh lọc hơn nữa cần phải được thực hiện.
2) Làm sạch silic luyện kim (Purify Metallurgical Silicon)
+ Bước tiếp theo là tinh chế silicon luyện kim này bằng quy trình của
Siemens (Siemens process).
+ Đầu tiên, cho bột silic luyện kim loại Si trong bình phản ứng với HCl ở
nhiệt độ cao tạo ra khí SiHCl3 .
+ Sau đó khí được làm lạnh và hóa lỏng để chưng cất (distillation).
+ Chưng cất là quá trình làm bay hơi sau đó ngưng tụ chất lỏng để loại bỏ
các tạp chất khơng mong muốn.
+ Ví dụ, bạn có thể đun sơi nước biển (nước muối), sau đó ngưng tụ hơi
nước để lấy nước tinh khiết, vì muối sẽ vẫn ở dưới đáy nồi.


+ Sử dụng khái niệm tương tự, SiHCl3 hóa lỏng được đun nóng sau đó làm
lạnh để loại bỏ các tạp chất có nhiệt độ sơi cao hơn và thấp hơn
như Canxi và Nhôm .
+ Sau khi chưng cất, SiHCl3 hóa lỏng được chuyển đến một lị phản ứng
cách nhiệt khác với một thanh nóng, sau đó trộn với khí Hydro và hóa hơi một lần
nữa ở nhiệt độ lên đến 2732 độ F.
+ Do nhiệt và sự có mặt của khí H2 , các nguyên tử Cl sẽ tan ra, để lại
khoảng 99,9999% silicon nguyên chất.

3) Tạo thỏi silicon (Creating Silicon Ingots)
+ Điều khác biệt giữa các tế bào đơn tinh thể với các tế bào đa tinh thể là
các tấm pin đơn tinh thể được làm từ một thỏi silicon tinh khiết duy nhất.
+ Việc tạo ra một thỏi silicon nguyên chất thực sự rất khó khăn cho đến
khi Czochralski phát hiện ra cách tuyệt vời này.
+ Đầu tiên, bạn nhúng một tinh thể hạt (seed crystal), là một thanh nhỏ
silicon đơn tinh thể nguyên chất vào silicon nóng chảy.
+ Sau khi nhúng que (the rod), bây giờ là lúc từ từ kéo và xoay tinh thể hạt lên
trên cùng một lúc để giảm thiểu ảnh hưởng của đối lưu trong quá trình tan chảy.
+ Khi tinh thể hạt được kéo lên, silicon lỏng sẽ từ từ đông đặc trong 4
ngày tạo ra silicon đơn tinh thể hình trụ lớn đồng nhất còn được gọi là thỏi silicon
(silicon ingot)..
+ Kích thước của thỏi silicon phụ thuộc vào 3 yếu tố : nhiệt độ, tốc độ nguội
và tốc độ quay.
4) Tạo các wafers silicon (Creating Silicon Wafers)
+ Cho đến nay đã có một thỏi silicon đơn tinh thể khổng lồ, nhưng làm thế
nào bạn có thể tạo ra các tấm pin mặt trời từ nó?
+ Câu trả lời rất đơn giản, đó là cưa dây (wire saw)


+ Bước thứ ba là cắt thỏi silicon thành những lát rất mỏng bằng cách sử
dụng một chiếc cưa dây (wire saw) rất sắc để tạo ra các tấm silicon 1
mm hoặc 0,0393 inch .
+ Sau khi cắt tấm wafer, đã đến lúc đánh bóng và rửa tấm wafer để làm
sạch nó khỏi bụi, bẩn và trầy xước.
5) Cải tiến Wafers (Improving the Wafers)
+ Bởi vì bề mặt tấm wafer rất phẳng, nhiều tia sáng bị phản xạ đi, và rõ
ràng, bạn khơng muốn điều đó, vì nó sẽ làm giảm hiệu quả của tấm pin mặt trời.
+ Vì lý do này, các nhà sản xuất làm thô và khắc bề mặt của tấm wafer, do
đó ánh sáng có thể khúc xạ nhiều lần, giúp cải thiện hiệu quả của tấm panel và

ngăn cản sự phản xạ ánh sáng nhiều nhất có thể.
6) Khuếch tán (Diffusion)
+ Các tấm wafer silicon tích điện dương. Nói cách khác, chúng hoạt động
như một vật liệu loại p .
+ Để dẫn điện, bạn cần một tiếp giáp pn và để tạo ra một tiếp giáp pn, một
lớp phốt pho mang điện tích âm được thêm vào mỗi phiến, sau đó các phiến được
chuyển đến các lò nung đặc biệt 1652 độ F để bơm phốt pho với nitơ .
+ Hỗn hợp nitơ và phốt pho tạo ra một lớp n loại mạnh dẫn đến một tấm
wafer tiếp giáp pn rất hiệu quả, điều này tất nhiên sẽ làm tăng hiệu quả của bảng
điều khiển.
7) Cải thiện độ dẫn điện (Improve Conductivity)
Để giảm tổn thất điện năng, một hợp kim bạc dẫn điện cao được ép lên mặt
trước của tấm wafer, đảm bảo năng lượng được vận chuyển hoàn hảo và cải thiện
hơn nữa độ dẫn điện của tế bào đơn tinh thể.


8) Lắp ráp
+ Cuối cùng, bước cuối cùng trong việc chế tạo các tấm đơn tinh thể là lắp ráp.
+ Mỗi tấm pin mặt trời đơn tinh thể được làm từ 32 đến 96 tấm tinh thể
nguyên chất được ghép thành các hàng và cột.
+ Số lượng ô (cells) trong mỗi bảng quyết định tổng sản lượng điện của tấm pin.

2.2. Thin film solar cell.
Pin mặt trời thế hệ thứ hai còn được gọi là pin mặt trời màng mỏng vì khi
so sánh với các tế bào làm từ silicon tinh thể, chúng được làm từ các lớp chỉ dày
vài micromet. Sau hơn 20 năm nghiên cứu và phát triển, pin mặt trời màng mỏng
đang được triển khai với số lượng đáng kể.
Pin mặt trời màng mỏng, được làm từ các lớp silicon nóng chảy rất mỏng.
Pin có cấu trúc đa tinh thể. Để chế tạo loại pin này, các nhà sản xuất đặt một lớp
CdTe giữa các lớp phim dẫn điện trong suốt để bẫy ánh sáng mặt trời. Có thể sử

dụng nhiều loại chất nền (linh hoạt hoặc cứng, kim loại hoặc chất cách điện) để
lắng đọng các lớp khác nhau (tiếp xúc, đệm, chất hấp thụ, phản xạ, v.v.) bằng cách
sử dụng các kỹ thuật khác nhau (PVD, CVD, ECD, dựa trên plasma, hybrid, v.v.).
Thin-film cũng có một lớp màng bảo vệ. Các mô-đun tấm năng lượng mặt trời
thường kém hiệu quả hơn và ít watt hơn so với mono và poly. Hiệu ứng chỉ có thể
thay đổi nếu vật liệu cụ thể được sử dụng để tạo ra các ô thay đổi. Hiệu suất của
pin mặt trời màng mỏng phụ thuộc vào kích thước vật lý. Cho đến nay, pin mặt
trời Màng mỏng là loại bảng điều khiển năng lượng mặt trời dễ sản xuất nhất và
nhanh nhất.
Màng mỏng có thể được đóng gói thành các cấu trúc kết cấu linh hoạt và
nhẹ, có thể dễ dàng tích hợp vào các thành phần xây dựng (PV tích hợp trong tịa
nhà, BIPV). Thế hệ thứ hai của pin mặt trời, chúng chiếm khoảng 20% tổng số
tấm pin được bán trong năm 2016. Về cơ bản, có ba loại pin mặt trời màng mỏng
chính đã được phát triển thương mại: