Nltt baigiang3

408004
Năng lượng tái tạo
Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK1

/>
Bài giảng 3

1


Ch. 2: Năng lượng mặt trời
2.2. Tế bào quang điện
2.3. Đặc tính I-V của pin quang điện
2.4. Ảnh hưởng của hiện tượng bóng che

Bài giảng 3

2


Tế bào quang điện

Bài giảng 3

3


Xu hướng giá thành pin quang điện

Bài giảng 3

4


Sản lượng PV trên thế giới

Bài giảng 3

5


Các nguyên tố quan trọng

Bài giảng 3

6


Cấu tạo và ký hiệu của nguyên tố silic
 Nguyên tử silic có 4 điện tử hóa trị, với ký hiệu thường dùng
như hình bên phải.

Bài giảng 3

7


Mạng tinh thể silic
 Các nguyên tử silic tạo liên kết hóa trị với 4 nguyên tử lân
cận theo cấu trúc tứ diện, tạo thành mạng tinh thể. Cấu trúc

giản lược có dạng phẳng.

Bài giảng 3

8


Mức năng lượng
 Khoảng cách giữa vùng dẫn và vùng hóa trị xác định loại
vật liệu: vật dẫn, bán dẫn, hay cách điện. Thế Fermi nằm
giữa vùng dẫn và vùng hóa trị trong bán dẫn và cách điện.

Bài giảng 3

9


Hiệu ứng quang điện
 Khi các quang tử có năng lượng lớn hơn 1,12 eV bị silic hấp
thụ, các điện tử có thể đủ năng lượng để chuyển lên vùng
dẫn, tạo ra điện thế. Khi điện tử trở về vùng hóa trị và tái
hợp với ion dương, sẽ tạo ra một quang tử (nguyên tắc chế
tạo diode phát quang – LED).

Bài giảng 3

10


Năng lượng trong silic bị chiếu sáng

 Khi chiếu sáng mạng tinh thể silic, sinh ra các ion dương
trong mạng tinh thể, và tạo ra điện thế.
 Các ion có thể di chuyển nếu đường dẫn được hình thành
(qua mạch tải).
 Năng lượng của quang tử E liên hệ với vận tốc c và bước
sóng :

hc
E

h là hằng số Planck (= 6,626.1034 J.s)
Bài giảng 3

11


Ví dụ 8.1
 Tìm bước sóng cực đại mà quang tử phải có để tạo được
hiệu ứng quang điện trên mạng tinh thể silic.
Giải: Để năng lượng tạo ra lớn hơn năng lượng vùng cấm,
bước sóng phải nhỏ hơn bước sóng cực đại, cho bởi:

hc 6,626 10  34 3 108
6
 

1
,
11


10
m
 19
E
1,12 1,6 10
 Như vậy, ở các bước sóng dài hơn 1,11 m, ánh sáng sẽ
khơng tạo ra được hiệu ứng quang điện. Ngoài ra, mức năng
lượng thừa của các bước sóng ngắn hơn cũng sẽ bị lãng phí.
Bài giảng 3

12


Vùng năng lượng có ích

Bài giảng 3

13


Bước sóng giới hạn của các vật liệu
 Các vật liệu khác nhau có khả năng chuyển hóa bằng hiệu
ứng quang điện khác nhau. Bảng 8.2 trình bày bước sóng
giới hạn của bốn loại vật liệu phổ biến nhất trong chế tạo pin
quang điện.

Bài giảng 3

14

Quang phổ mặt trời

Bài giảng 3

15


Ảnh hưởng của band-gap đến hiệu suất
 Với silic, hiệu suất cực đại là < 50%.
 Với các vật liệu khác, nếu band-gap nhỏ, điện thế tạo
ra lớn nhưng dòng điện nhỏ. Còn nếu band-gap lớn,
điện thế tạo ra nhỏ nhưng dịng điện lớn.
 Vì cơng suất là tích của điện áp và dòng điện, tồn tại
một khoảng band-gap tại đó hiệu suất đạt cực đại.
 Hiệu suất thực tế nhỏ hơn giá trị lý thuyết ở đây, nếu
xét đến những yếu tố khác.
Bài giảng 3

16


Hiệu suất quang điện thực tế

Bài giảng 3

17


Mối nối p-n

 Mối nối p-n được tạo ra để kéo điện tử và lỗ trống về
hai phía, giảm xác suất bị tái hợp. Điều này giúp cải
thiện hiệu suất quang điện.

Bài giảng 3

18


Mối nối p-n
 Vùng n được tạo ra bằng một nguyên tử hóa trị 3 liên
kết với mạng tinh thể silic.

Bài giảng 3

19


Mối nối p-n
 Hai loại vật liệu đặt cạnh nhau, tạo ra một vùng nghèo
(hạt dẫn), và duy trì điện trường để tránh hiện tượng tái
hợp làm giảm hiệu suất của hiệu ứng quang điện.

Bài giảng 3

20