Tiểu luận đề tài solar cell

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

MÔN HỌC: LINH KIỆN BÁN DẪN
ĐỀ TÀI: SOLAR CELL
GVHD: TS. Đỗ Huy Bình
Nhóm 6:

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

1. Huỳnh Đức Quang Linh 191300
2. Phan Phú Tài

191300

3. Chung Hồng Hòa

17130015

4. Phạm Minh Hội

191300

6. Trần Ngọc Quyền

191300

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 7 tháng 11 năm 2022

MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU..............................................................................................1
PHẦN 2: KHÁI QUÁT VỀ SOLAR CELL......................................................2
2.1 Cấu tạo của Solar Cell...............................................................................2
2.2 Cấu trúc bán dẫn và nguyên lý hoạt động của lớp tế bào quang điện. .4
2.3 Hiệu năng của Pin năng lượng mặt trời...................................................6
2.4 Phân loại và ứng dụng của Solar CELL..................................................8
PHẦN 3: CHẾ TẠO PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SOLAR CELL.....12
PHẦN 4: NHỮNG HẠN CHẾ CỦA PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ
XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI......................................18
4.1 Những hạn chế của hệ thống pin năng lượng mặt trời.........................18
4.2 Xu hướng phát triển trong tương lai......................................................20
Tài liệu tham khảo.............................................................................................22


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay..........................2
Hình 2: Lớp chuyển tiếp p-n.................................................................................4
Hình 3: Sơ đồ mơ tả hoạt động của pin năng lượng mặt trời................................5
Hình 4 : Đồ thị hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời tối đa .........................6
Hình 5: Sơ đồ các công đoạn chế tạo pin năng lượng mặt trời...........................12
Hình 6: Quy trình chuẩn bị nguyên liệu để nấu chảy trong lị............................13
Hình 7 : Quy trình Czochralski...........................................................................14
Hình 8: Hệ thống máy cắt tấm wafer silicon.......................................................14
Hình 9: Dây chuyền xử lý bề mặt Solac Cell......................................................15
Hình 10: Băng truyền phủ điện cực tiếp điểm cho Solar Cell.............................16
Hình 11: Hệ thống tay robot lắp ráp pin năng lượng mặt trời.............................17
Hình 12: Lắp Solar Cell trên cánh đồng pin năng lượng mặt trời.......................18

Hình 13: Cánh đồng pin năng lượng mặt trời lớn...............................................19


PHẦN 1: MỞ ĐẦU
Pin Mặt trời, tấm năng lượng mặt trời hay tấm quang điện (Solar
cell) bao gồm nhiều tế bào quang điện (solar cells) - là phần tử bán dẫn có chứa
trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh sáng là điốt quang, thực hiện
biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
Tấm pin năng lượng mặt trời được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1883 bởi
Charle Fritts với hiệu suất ban đầu chỉ đạt được 1% . Nhưng trước đó người
khám phá ra hiệu ứng quang điện là nhà vật lý người pháp Alexandre Edmond
Becquerel vào năm 1839. Công nghệ năng lượng mặt trời tiến tới với thiết kế
hiện tại của nó vào năm 1908 khi William J. Bailey của Công ty thép Carnegie
phát minh ra với một hộp cách nhiệt và thanh selen. Vào giữa những năm 1950
pin quang năng đã đạt được hiệu suất 4%, và hiệu suất sau đó nâng lên 11%, với
các tế bào silicon (Nguyên liệu phổ biến thứ hai trên trái đất)
-Năm 1982 Nhà máy điện mặt trời đầu tiên có cơng suất 1MW được hồn thành
ở Mỹ.
-Năm 1983: sản xuất pin mặt trời trên toàn thế giới vượt mức 20 MW, và doanh
số bán vượt mức 250 trieu USD.
-Đến năm 1999 tổng công suất lắp đặt pin mặt trời trên thế giới đạt 1GW.
-Năm 2010, tổng cơng suất pin mặt trời trên thế giới ước tính đạt 37,4GW (trong
đó Đức có cơng suất lớn nhất với 7,6GW.)
Chỉ trong vài thập kỷ gần đây khi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, các
vấn đề môi trường ngày càng tăng và tài nguyên nhiên liệu hóa thạch giảm khiến
chúng ta phải tìm kiếm các giải pháp năng lượng thay thế. Vì vậy nên solar cell
được xem là một nguồn năng lượng thay thể hiệu quả các nguồn cung năng
lượng đang cạn kiệt trong tự nhiên.

1

PHẦN 2: KHÁI QUÁT VỀ SOLAR CELL
2.1 Cấu tạo của Solar Cell

Hình 1: Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay
( />Về cơ bản thì cấu tạo của Solar Cell bao gồm có 6 thành phần cơ bản sau:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Lớp tế bào quang điện Solar Cell
Lớp EVA trước sau tế bào quang điện
Lớp kính trước
Khung pin
Tấm nền PIN
Mạch điện tích hợp
Lớp kính trước của tấm pin mặt trời.
Đây là phần nặng nhất có chức năng bảo vệ và chịu lực của của tấm pin

năng lượng mặt trời, duy trì độ trong suất , Với độ dày từ trung bình là 3,3mm
tùy thuộc vào những hãng pin mặt trời khác nhau mà dao động từ 2-4mm, Để
lựa chọn tấm pin mặt trời chất lượng cần phải chú ý đến những yếu tố như là độ
2


cứng, độ truyền quang phổ và truyền ánh sáng, Pin năng lượng tốt thì lớp kính

này càng phải trong để hấp thụ ánh sáng hiệu quả, giảm tỷ lệ phản xạ ánh sáng.
Khung tấm pin năng lượng mặt trời.
Để cấu tạo nên tấm pin năng lượng mặt trời thì khơng thể thiếu đó là
khung. Vật liệu cấu tạo nên khung chủ yếu làm bằng nhơm có độ bền cao cũng
có một số ngoại lệ những tấm pin mặt trời không sử dụng khung nhôm mà thay
thế bằng các sản phẩm đặc biệt bằng nhựa để tiếp kiệm chi phí.
Tấm nền của pin lượng mặt trời.
Có cấu tạo từ các vật liệu nhựa có chức năng cách điện, bảo vệ che chắn
những tế bào quang điện khỏi thời tiết và độ ẩm, Với đặc điểm nhận dạng là
màu trắng, và được bán lẻ trên thị trường ở những dạng như cuộn hoặc tấm. Tùy
vào từng hãng sản xuất mà độ dày màu sắc có thể khác nhau.
Lớp tế bào quang điện.
Có thể nói đây chính là thành phần chính của tấm pin năng lương mặt trời
có chức năng hấp thụ ánh sáng tại đây những lớp tế bào sẽ biến quang năng
thành điện năng cho tấm pin mặt trời.
Các tế bào quang điện của tấm pin mặt trời thường ở hai dạng đó là Đơn
tinh thể hoặc đa tinh thể, các lớp tế bào này được liên kết với nhau bỏi một dây
đồng nhỏ được phủ bằng một lớp hợp kim hoặc thiếc.
Hộp đựng những mối nối mạch điện.
Có chức năng đưa các mối nối điện của modum mặt trời ra bên ngồi, nơi
đây có chứa các dây cáp để kết nối được những lớp tế bào quang điện với nhau,
để có thể mua được những hộp điện tốt thì chú ý đến vật liệu chể tạo và khớp
nối của hộp điện.
Lớp EVA
3


Chất liệu này quan trọng chỉ sau lớp tế bào, có chức năng kết dính những
lớp khác nhau của tấm pin mặt trời, với vật liệu chủ yếu từ EVA_Ethylene vinyl
acetate. Với mục đích đảm bảm tuổi thọ của tấm pin mặt trời và có ảnh hưởng

trực tiếp đến việc truyền ánh sáng và tốc độ sử lý ánh sáng vàng và tia UV
2.2 Cấu trúc bán dẫn và nguyên lý hoạt động của lớp tế bào quang điện
Cấu trúc đơn giản của một tế bào quang điện trong Solar cell bao gồm hai
bán dẫn loại p và n tiếp xúc với nhau tạo thành lớp tiếp xúc p-n tương tự như
diode quang. Hai đầu cực của lớp tế bào quang điện được nối với một đường
dây dẫn để dòng điện sinh ra tích hợp vào pin hoặc acquy.
Tiếp xúc p-n junction được hình thành khi cho hai loại bán dẫn loại p và n
tiếp xúc với nhau, do trong bán dẫn loại p, những lỗ trống dẫn điện mang điện
tích dương (+) sẽ bị thu hút bởi những electron dẫn điện mang điện tích âm (-) ở
bán dẫn loại n. Ngược lại thì những e dẫn điện bên bán dẫn loại n cũng sẽ bị thu
hút bởi điện dương bên loại p. Cả 2 quá trình này sẽ tạo ra một vùng chuyển tiếp
trong tiếp xúc p-n (còn gọi là vùng nghèo). Khu vực này trung hòa về điện và
mang một rào thế cản trở dòng điện khi hệ đạt cân bằng. [1]

Hình 2: Lớp chuyển tiếp p-n
(nguồn: />
4


Với một solar cell, cấu trúc p-n junction khi ở trạng thái cân bằng cũng
tồn tại một rào thế cơ bản như của diode quang. Tuy nhiên Solar cell khác so với
thiết kế của diode quang ở chỗ là solar cell được thiết kế lớn hơn để có thể hấp
thu tối đa ánh sáng và cũng như có thể nhận được ánh sáng với nhiều bước sóng
ở các dải tầng khác nhau để từ đó chuyển đổi năng lượng thành dịng điện. Khi
có ánh sáng chiếu vào, năng lượng photon của ánh sáng sẽ được hấp thu vào
vùng nghèo của lớp tế bào quang điện. Năng lượng photon này sẽ cung cấp cho
các điện tử trong vùng nghèo một động năng, làm cho chúng có xu hướng bức ra
khỏi trạng thái cân bằng đang tồn tại ở vùng nghèo và quay trở về tái tổ hợp lại
như cấu trúc điện tử ban đầu khi chưa hình thành tiếp xúc p-n. Sự dịch chuyển
điện tử này diễn ra nhanh và sẽ sinh ra một điện trường nhỏ để từ đó tạo thành

dịng điện dẫn vào tích hợp lên acquy. Nếu như mạch điện tích hợp hở thì dịng
điện tạo ra khơng được tích hợp vào pin, lúc này động năng của các hạt điện tử
tăng lên sẽ chuyển thành nhiệt và làm cho tấm pin năng lượng mặt trời nóng lên.

Hình 3: Sơ đồ mô tả hoạt động của pin năng lượng mặt trời
(nguồn: />
5


2.3 Hiệu năng của Pin năng lượng mặt trời
Trên thực tế thì để bức được một điện tử khỏi trạng thái cân bằng của
vùng nghèo thì cần phải cung cấp rất nhiều năng lượng photon ánh sáng. Các
photon có mức năng lượng nhỏ sẽ khơng thể tạo ra dịng điện, mà vì vậy năng
lượng của nó sẽ chỉ có tác dụng làm gia tăng nội năng làm cho tấm pin nóng lên.
Đây cũng chính là ngun nhân dẫn đến hiệu suất của pin solar cell là tương đối
nhỏ. Công thức tính năng lượng photon.
Ep = hc/λ
Hiệu suất tối đa của pin có thể tạo được ở mỗi bước sóng ánh sáng được
tính theo cơng thức sau:

Ngồi ra các yếu tố khác như xác suất tái tổ hợp lỗ điện tử làm giảm hiệu
suất tối đa có thể đạt được trên lý thuyết của pin mặt trời

Hình 4: Đồ thị hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời tối đa là một hàm của
khoảng cách năng lượng của chất bán dẫn được tính theo giới hạn hiệu suất SQ
cho phổ mặt trời 1,5 AM (1000 W \/ m2) ở 25 ° C. [1]
6


Bảng 1: Hiệu suất tối đa có thể tạo được của vật liệu làm tế bào quang điện

theo tổng hợp phổ Global AM1.5 Spectrum (1000 W/m2) at 25°C
(Source: Adapted from Green, M.A. et al., Prog. Photovolt: Res. Appl., 21, 1–
11, 2013.a ap, aperture area; t, total area; da, designated illumination area.
b nc-Si, nano-crystalline or microcrystalline silicon.)
7


Tuy nhiên đây thực tế chỉ là lý thuyết, thực tế thì pin năng lượng mặt trời
có hiệu suất thấp hơn nhiều so với tính tốn, bởi hiệu suất bị ảnh hưởng rất
nhiều bởi các yếu tố bên ngoài khác. Một số lý do cho hiệu quả thực tế thấp hơn
giới hạn lý thuyết như sau:
1.

Sự phản xạ của ánh sáng từ bề mặt của tế bào quang điện. Điều này

có thể được giảm thiểu bằng lớp phủ Antireflection (AR). Ví dụ, lớp phủ AR có
thể Giảm sự phản xạ từ cell Si xuống 3% từ hơn 30% nếu không được phủ.
2.
Thiết kế tiếp điểm dạng đường kẻ dài làm giảm điện trở nhưng qua
đó cũng hạn chế lượng ánh sáng nhận được của tế bào quang điện.
3.
Do điện trở bên trong của tế bào quang điện
4.
Sự tái tổ hợp các electron và lỗ hổng trước khi chúng có thể tạo ra
dịng điện...[2]
Nói chúng ta có nhiều giải pháp về thiết kế để gia tăng hiệu suất của các
tấm pin mặt trời nhưng kéo theo đó là giá thành cũng tăng theo
2.4 Phân loại và ứng dụng của Solar CELL
Phân loại
Trên thị trường hiện nay, tấm pin năng lượng gồm 2 loại phổ biến, sử

dụng 2 loại tế bào quang điện Mono và Poly
Loại Mono:
Các tế bào quang điện của tấm pin Mono được làm bằng silicon đơn tinh
thể, có độ tinh khiết cao, thường có giá trị đắt hơn so với các tế bào khác. Các
góc của các tế bào nhìn giống như bị cắt bớt, tạo thành hình bát giác. Ưu điểm
của loại tế bào quang điện này khi tạo thành tấm pin là có hiệu suất sử dụng cao,
thời gian sử dụng dài. Đặc biệt hoạt động tốt ngay cả trong điều kiện ánh sáng
yếu.
Loại Poly:
Tế bào quang điện của tấm pin Poly được làm bằng các tế bào silicon đa
tinh thể, được chế tạo từ khối silicon vng đúc nóng chảy, được làm mát và làm
cứng lại một cách cẩn thận. Đây là loại tế bào được sử dụng phổ biến, nó có
mức độ giãn nở và chịu được nhiệt độ cao cùng quá trình sản xuất đơn giản, ít
tốn kém, vì thế nên giá thành cũng thấp hơn so với dòng pin Mono.
8


Một số ứng dụng pin năng lượng mặt trời
Pin năng lượng mặt trời mang đến nguồn năng lượng sạch, góp phần bảo
vệ môi trường và tài nguyên thiên nhiên. Hiện nay, ứng dụng của pin mặt trời
trong đời sống rất đa dạng, được con người khai thác ngày càng có hiệu quả.
– Ứng dụng của pin mặt trời vào các thiết bị giám sát an ninh
Pin mặt trời được ứng dụng để sản xuất camera giám sát có sử dụng mạng
dữ liệu di động hoặc wifi. Thiết bị được sử dụng ở các nơng trại, sân vườn, các
cơng trình xây dựng…bất cứ nơi đâu có nhu cầu. Ưu điểm của thiết bị giám sát
an ninh từ pin mặt trời là có tính tiện lợi, lắp đặt dễ dàng ở những vị trí khó lắp
đặt hệ thống đường dây truyền tải điện.
Hệ thống giám sát an ninh điện mặt trời tương tự như hệ thống an ninh sử
dụng điện lưới, điểm khác là hệ thống này có thêm hệ thống cung cấp dữ liệu
cung cấp cho tải ưu tiên khi mất điện. Do đó, thiết bị an ninh có thể hoạt động

bình thường mà khơng bị gián đoạn.
– Ứng dụng của pin mặt trời vào hệ thớng chiếu sáng cơng cợng
Đó là các loại đèn năng lượng mặt trời chiếu sáng công cộng, đèn giao
thông…thường được sử dụng cho lối đi ngồi vườn, lối đi cơng viên…Đèn
chiếu sáng từ pin mặt trời giúp tiết kiệm tiền điện và góp phần giảm thiểu ô
nhiễm môi trường.
Hệ thống đèn năng lượng mặt trời hoạt động một cách thơng minh, có
thể tự động bật/tắt, sạc điện hoặc ngắt sạc, không cần sử dụng dây dẫn, có độ
bền cao, vận hành ổn định. Đèn năng lượng mặt trời hiện nay được ứng dụng
rộng rãi và phổ biến ở nhiều nơi tại Việt Nam và trên thế giới.
– Ứng dụng pin mặt trời vào sản xuất điện mặt trời
Hệ thống pin mặt trời có thể được lắp trên mái nhà hoặc tại các khung
giàn, giá đỡ ở các khu đất trống để hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi
thành điện năng. Tùy theo nhu cầu mà bạn có thể lựa chọn hệ thống điện mặt
trời hòa lưới, hệ thống điện mặt trời độc lập hay hệ thống hỗn hợp.
Nguồn điện năng tạo ra từ pin mặt trời mang lại nhiều lợi ích, giúp khách
hàng giảm được hóa đơn tiền điện hàng tháng, sử dụng nguồn năng lượng xanh
và sạch, góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường. Trong
tương lau khơng xa, chắc chắn mơ hình điện mặt trời sẽ ngày càng phổ biến và
phát triển rộng rãi hơn trên cả nước.
9


– Ứng dụng của pin mặt trời trong sản xuất
Pin mặt trời được sử dụng nhằm tạo ra điện năng lượng mặt trời phục vụ
cho mục đích tưới tiêu, chiếu sáng, hệ thống bơm nước tưới tiêu cho cây trồng,
chăn nuôi…Hệ thống điện mặt trời giúp tiết kiệm tiền điện, giảm gánh nặng chi
phí đầu tư sản xuất.
Tại các khu vực sản xuất ở vùng sâu vùng xa, hải đảo…hệ thống điện sử
dụng pin mặt trời phát huy ưu thế bởi sự tiện lợi khi lắp đặt, không cần đầu tư

nhiều cho hệ thống dây dẫn, đảm bảo việc sản xuất của người dân được diễn ra
bình thường.
– Ứng dụng pin mặt trời với nguồn điện dành cho các thiết bị di động
+ Pin mặt trời được sử dụng để cung cấp năng lượng để sạc các thiết bị di
động như máy tỉnh xách tay, máy tính bảng, điện thoại di động... nhờ ứng dụng
tuyệt vời này mà bạn không cần lo lắng những thiết bị của mình khơng thể hoạt
động được do hết pin.
+ Trạm sạc năng lượng mặt trời: Các trạm sạc được thiết kế ngay tại các
nơi cơng cộng, có sẵn dây nối để phục vụ việc sạc điện thoại di động cho người
dân. Tốc độ sạc của các trạm sạc mặt trời được đánh giá là tương đương khi sạc
với hệ thống điện lưới.
+ Ba lô năng lượng mặt trời: Pin mặt trời được tích hợp trong balo có
nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng, dòng điện
này phục vụ cho việc sạc các thiết bị di động như điện thoại, máy tính, sạc dự
phịng…với những người thường xun đi cơng tác, di chuyển nhiều nơi, đi du
lịch thì đây là ứng dụng rất hữu ích.
+ Thùng rác năng lượng mặt trời: Thùng rác này sử dụng pin mặt trời nên
có thể phục vụ việc sạc pin cho điện thoại di động. Bên cạnh đó, thùng rác cịn
có khả năng lọc nước thải để tưới cho cây xanh.
+ Ô năng lượng mặt trời: Những chiếc ơ được tích hợp pin mặt trời để tạo
ra dòng điện. Dòng điện này được chuyển đến hệ thống tay cầm của ô với chức
năng sạc điện cho các thiết bị di động.
– Ứng dụng pin mặt trời cho phương tiện giao thông
Pin năng lượng mặt trời được trang bị cho các thiết bị giao thông như ô tô,
xe đạp, máy bay…. nhằm khắc phục hạn chế về việc cạn kiệt nguồn nguyên liệu

10


xăng đầu. Các phương tiện giao thông chạy bằng pin năng lượng mặt trời vận

hành ổn định và không gây ô nhiễm môi trường.
– Ứng dụng của pin năng lượng mặt trời cho vệ tinh
Vệ tinh năng lượng mặt trời có sử dụng pin mặt trời sẽ truyền sóng năng
lượng mặt trời đến ăng – ten trên trái đất. Pin mặt trời được sử dụng để thay thế
cho nguồn năng lượng truyền thống.
Nhìn chung, ứng dụng của pin mặt trời trong đời sống rất đa dạng và
phong phú. Với sự phát triển của khoa học công nghệ như hiện nay, chắc chắn
các ứng dụng của pin mặt trời sẽ ngày càng nhiều hơn, được sử dụng phổ biến
hơn, do đó, bạn có thể tìm hiểu và cân nhắc lựa chọn những ứng dụng này nhé.

PHẦN 3: CHẾ TẠO PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SOLAR CELL
11


Quy trình sản xuất pin Solar Cell của vật liệu Silicon truyền thống

Hình 5: Sơ đồ các cơng đoạn chế tạo pin năng lượng mặt trời[3]

Bước 1: Nấu chảy Silicon trong lò điện hồ quang
12


Điơxít silic của sỏi thạch anh hoặc thạch anh vụn được đưa vào lị điện hồ
quang. Ở q trình này người ta cũng sẽ kết hợp pha tạp cho loại bán dẫn, nếu
muốn tạo ra bán dẫn là loại n thì sẽ pha tạp với lại P, cịn loại p thì sẽ sử dụng Bo
để pha tạp. Một hồ quang carbon sau đó được sử dụng để đun tất cả các nguyên
liệu chảy ra.[4]

Hình 6: Quy trình chuẩn bị nguyên liệu để nấu chảy trong lò
(nguồn: solarworld.com)

Một cách khác gần đây được sử dụng để pha tạp silicon với phốt pho là sử dụng
một máy gia tốc hạt nhỏ để bắn các ion phốt pho vào thỏi. Bằng cách kiểm sốt
tốc độ của các ion, có thể kiểm sốt độ sâu thâm nhập của chúng. Tuy nhiên, quy
trình mới này thường không được các nhà sản xuất thương mại chấp nhận.
Bước 2: Tạo silicon đơn tinh thể
Tế bào năng lượng mặt trời được làm từ silicon có cấu trúc đơn tinh thể. Quy
trình phổ biến nhất được sử dụng để phát triển cấu trúc đơn tinh thể là quy trình
Czochralski. Trong quá trình này, một tinh thể hạt của silicon được kéo nhúng
vào silicon đa tinh thể nóng chảy. Khi tinh thể hạt được kéo lên và quay, một
thỏi hình trụ silicon được hình thành. Thỏi được rút ra rất tinh khiết, bởi vì các
tạp chất có xu hướng cịn lắng đọng dưới đáy lò.[4]

13


Hình 7 : Quy trình Czochralski
(nguồn: solarworld.com)
Bước 3: Quá trình cắt Wafer silicon
Từ thỏi silicon hình trụ, các tấm silicon được cắt từng miếng một bằng cách sử
dụng cưa vòng có đường kính bên trong cắt vào thỏi, nhiều tấm silicon được cắt
cùng một lúc bằng nhiều lưỡi cưa đặt dọc theo khối trụ. Sau đó tấm wafer được
cắt thành hình chữ nhật hoặc hình lục giác tùy theo yêu cầu sản xuất.

Hình 8: Hệ thống máy cắt tấm wafer silicon
(nguồn: solarworld.com)
14


Bước 4: Quá trình xử lý và kết cấu tế bào quang điện
Giai đoạn này được thực hiện trong phòng sạch, một loạt các phương pháp xử lý

nhiệt và hóa học phức tạp sẽ chuyển đổi các tấm wafer màu xám thành các tế
bào màu xanh bền hơn và hấp thụ ánh sáng tốt hơn. Q trình này cịn kèm theo
sự gia công khắc kết cấu tấm pin bằng việc loại bỏ một lớp silicon nhỏ tạo thành
các kết cấu bề mặt của kim tự tháp - nhỏ đến mức chúng khơng thể nhìn thấy
bằng mắt thường – kết cấu này sẽ giúp tế bào quang điện hấp thụ nhiều ánh sáng
hơn.
Bước 5: Quá trình khuếch tán
Tiếp theo, các tấm wafer được di chuyển trong các buồng dài, hình trụ, giống
như một cái lị trong đó phốt pho được khuếch tán thành một lớp mỏng của bề
mặt wafer. Việc ngâm tẩm ở mức độ phân tử xảy ra khi bề mặt wafer tiếp xúc
với khí phốt pho ở nhiệt độ cao, bước này sẽ làm cho bề mặt mang điện tích âm.
Sự kết hợp của lớp đó và lớp pha tạp Bo bên dưới tạo ra vùng tiếp xúc p-n.

Hình 9: Dây chuyền xử lý bề mặt Solac Cell
(nguồn: solarworld.com)

15


Bước 6: Phủ các tiếp điểm điện
Tiếp điểm điện kết nối mỗi tế bào năng lượng mặt trời với một pin khác và với
bộ nhận dòng điện được tạo ra. Các điểm tiếp xúc phải rất mỏng để không cản
ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào. Các kim loại như palađi / bạc, niken hoặc
đồng được làm bay hơi chân không thông qua chất cản quang, được tráng lụa,
hoặc chỉ lắng đọng trên phần lộ ra của các tế bào đã được được phủ bảo vệ.

Hình 10: Băng truyền phủ điện cực tiếp điểm cho Solar Cell
(nguồn:solarworld.com)
Bước 7: Lắp ráp các tế bào quang điện lại thành một tấm pin Solar Cell cỡ
lớn.

Quy trình này được thực hiện thủ công hoặc tự động bằng robot, bao gồm việc
lắp khung, kính bảo vệ và cả lớp EVA

16


Hình 11: Hệ thống tay robot lắp ráp pin năng lượng mặt trời
(nguồn: solarworld.com)

17


PHẦN 4: NHỮNG HẠN CHẾ CỦA PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ
XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI
4.1 Những hạn chế của hệ thống pin năng lượng mặt trời
1. Chi phí lắp đặt ban đầu cao
Do việc chế tạo và sản xuất pin năng lượng mặt trời cần ứng dụng các công nghệ
hiện đại nhất, cũng như phải đầu tư nguyên vật liệu để làm hệ khung giá
đỡ (thường là khung nhơm chất lượng cao) nên chi phí để sản xuất và lắp đặt
ban đầu khá cao.

Hình 12: Lắp Solar Cell trên cánh đồng pin năng lượng mặt trời
2. Không ổn định
Có một thực tế bất khả kháng: Vào ban đêm, trong những ngày nhiều mây và
mưa thì khơng có ánh sáng mặt trời, vì thế năng lượng mặt trời khơng thể là
nguồn điện chính yếu. Tuy nhiên, so với điện gió, điện mặt trời vẫn là một lựa
chọn có nhiều ưu thế hơn.
3. Chi phí lưu trữ năng lượng cao
18

Giá của ắc quy tích trữ điện mặt trời để lấy điện sử dụng vào ban đêm hay khi
trời không có nắng hiện nay vẫn cịn khá cao. Vì thế, ở thời điểm hiện tại, điện
mặt trời chưa có khả năng trở thành nguồn điện duy nhất ở các hộ gia đình mà
chỉ có thể là nguồn bổ sung cho điện lưới và các nguồn khác.
4. Vẫn gây ô nhiễm mơi trường, dù rất ít
Mặc dù so với việc sản xuất các loại năng lượng khác, điện mặt trời thân thiện
với mơi trường hơn, nhưng một số quy trình cơng nghệ để chế tạo các tấm pin
mặt trời cũng đi kèm với việc phát thải các loại khí nhà kính, nitơ trifluoride và
hexaflorua lưu huỳnh. Ở quy mô lớn, việc lắp đặt những cánh đồng pin mặt trời
cũng chiếm rất nhiều diện tích đất nhẽ ra được dành cho cây cối và thảm thực
vật nói chung.
5. Hiệu suất thu được vẫn cịn thấp

Hình 13: Cánh đồng pin năng lượng mặt trời lớn
Một trong những thông số quan trọng của nguồn điện mặt trời là mật độ cơng
suất trung bình, được đo bằng W/m2 và được mô tả bằng lượng điện năng có thể
thu được từ một đơn vị diện tích nguồn năng lượng. Mặc dù đã trải qua nhiều
19


quá trình nghiên cứu và cải tiếng sản phẩm tuy nhiên pin mặt trời vẫn chưa thể
đạt được hiệu suất năng lượng cao như các loại khác. Chỉ số này đối với điện
mặt trời là 170 W/m2 - nhiều hơn các nguồn năng lượng tái tạo khác, nhưng thấp
hơn dầu, khí, than và điện hạt nhân. Vì lý do này, để tạo ra 1kW điện từ nhiệt
năng mặt trời đòi hỏi một diện tích khá lớn của các tấm pin mặt trời.[2]
4.2 Xu hướng phát triển trong tương lai
Nguồn năng lượng hóa thạch như than, dầu mỏ… đang suy giảm nhanh chóng,
cơng suất thủy điện cũng giảm dần do biến đổi khí hậu, việc phát triển năng
lượng tái tạo trong đó có năng lượng mặt trời đang trở thành một xu thế cho

tương lai.
Mỗi ngày mặt trời chiếu xuống trái đất cung cấp một lượng năng lượng gấp 15
nghìn lần năng lượng hoá thạch và năng lượng nguyên tử cộng lại. Do vậy, phát
triển năng lượng mặt trời sẽ đem lại nhiều lợi ích như giúp bảo vệ mơi trường do
khơng gây phát thải khí, khơng tiêu tốn nhiên liệu, lắp đặt và vận hành đơn giản
ở mọi nơi.
Hiện tại xu hướng phát triển năng lượng mặt trời trong tương lai mà thế giới
đang hướng đến tập trung vào 5 mảng chính sau:
1. Tập trung nghiên cứu và phát triển các tế bào quang điện để chúng trở nên
linh hoạt, nhẹ và chi phí thấp hơn nhưng vẫn phải đảm bảo hiệu suất và
tính ổn định. Hiện tại các vật liệu hữu cơ đang được nghiên cứu để sử
dụng thay thế cho các loại pin năng lượng mặt trời silicon.
2. Cải thiện module của những tấm pin năng lượng mặt trời để gia tăng hiệu
suất, giảm giá thành đầu tư để cho các cá nhân, tập thể đầu tư triển khai
pin năng lượng mặt trời mau thu hồi vốn.
3. Nghiên cứu hướng tái chế Silicon đã qua sử dụng từ pin năng lượng mặt
trời. Thực tế thì nguồn năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng sạch,
tuy nhiên sau một thời gian sử dụng pin năng lượng mặt trời thì khi chúng
khơng cịn khả năng hoạt động nữa thì những tấm pin bỏ đi này lại đặt ra
20


một vấn đề nan giải trong việc xử lý tái chế để không làm ảnh hưởng đến
môi trường.
4. Phát triển cải thiện khả năng lưu trữ năng lượng mặt trời. Xu hướng phát
triển độc lập về năng lượng điện dự phòng bằng cách sử dụng nguồn pin
mặt trời đang được nước ta cũng như cả thế giới đang theo đuổi. Các hộ
gia đình đang ngày càng quan tâm hơn đến việc lưu trữ pin. Thị trường
này được thúc đẩy bởi những cải tiến liên tục trong công nghệ pin, bao
gồm cả pin dung lượng cao với thời gian xả lâu, có thể tới 10 giờ.

5. Phát triển các kênh, các ứng dụng, trang web hữu ích để tiếp cận nhiều
hơn với các khách hàng, qua đó quảng bá, giúp khách hàng có nhận định
đúng về những lợi ích mang lại từ việc sử dụng pin năng lượng mặt trời.

Tài liệu tham khảo
21


[1]

A. Kitai, “Principles of Solar Cells, LEDs and Diodes e role of the PN junction
KITAI KITAI Principles of Solar Cells, LEDs and Diodes e role of the PN
junction.”

[2]

J. Poortmans and V. Arkhipov, “Thin Film Solar Cells Fabrication,
Characterization and Applications Edited by.”

[3]

“Green Energy.”

[4]

S. Americas, “SolarWorld I Energy for You & Me SOLAR 101 ENERGY FOR
YOU & ME.”
[5]

/>

mat-troi.html
[6]

/>
[7]

Adapted from Green, M.A. et al., Prog. Photovolt: Res. Appl., 21, 1–11,

2013.a ap, aperture area; t, total area; da, designated illumination area.
b nc-Si, nano-crystalline or microcrystalline silicon
[8]

/>
22