TÌM HIỂU CẤU TẠO, TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG PIN MẶT TRỜI.

C U T O, TÍNH CH T VÀ NG D NG PIN M T TR IẤ Ạ Ấ Ứ Ụ Ặ Ờ
GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Ngọc Hạnh
SVTH: Phan Thị Huyền Trân
Lê Thanh Sang
The Faculty of Chemical Engineering
Ho Chi Minh City University of Technology
065002
NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT HÓA HỌC
I
•
Tổng quan
II
•
Cấu tạo
•
Phân loại
III
•
Các thế hệ của pin
•
Nguyên lý hoạt động
IV
•
Ứng Dụng
•
Khả năng phát triển
V
•
Kết luận
2/34
Nội dung

Tổng quan

Năng lượng ánh sáng mặt trời:
Mặt trời là một lò phản ứng nhiệt hạch, cách trái đất khoảng 150 triệu km.
Trước khi vào bầu khí quyển, cường độ bức xạ năng lượng ASMT là 1367W/m2.
3/34
Tổng quan

Tiềm năng bức xạ mặt trời ở Việt Nam
Việt Nam là một trong các quốc gia có tiềm năng đáng kể về năng lượng mặt trời (NLMT). Các số liệu khảo sát
về lượng bức xạ mặt trời cho thấy, các địa phương ở phía Bắc bình quân có khoảng từ 1800-2100 giờ nắng trong một
năm, còn các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) bình quân có khoảng từ 2000-2600 giờ nắng trong một năm.
4/34
Tổng quan

Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-
n, dưới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi
là hiệu ứng quang điện.
Các cách lắp ghép PMT
5/34
Tổng quan

Lịch sử phát triển:
Vào năm 1839, Alexandre
Edmond Becquerel
phát hiện ra hiệu ứng
quang điện
Năm 1883, Charles Fritts
chế tạo pin mặt trời từ
các tấm Selenium,

đạt hiệu suất dưới 1%
6/34
7/34
Tổng quan
Russel Ohl là người đầu tiên chế tạo pin mặt trời giống như các pin được sử dụng ngày nay,1946
1954, Gerard Pearson, Daryl Chapin và Calvin Fuller chế tạo thành công tế bào quang điện đạt
hiệu suất 6% được làm từ Silic và Cu2S/CdS
8/34
Cấu tạo
9
Phân loại
10/21
Các thế hệ của pin

Thế hệ thứ I:
- Silic đơn tinh thể ( c-Si)

Thế hệ thứ II:
- Silic vô định hình (a-Si)
- Silic đa tinh thể ( poly- Si)
- Cadmium telluride ( CdTe)

Thế hệ thứ III:
- Pin tinh thể nano (nanocrystal solar cell)
- Photoelectronchemical (PEC) cell
- Pin hữu cơ ( polymer solar cell)
- Dye sensitized solar cell ( DSSC)

Thế hệ thứ IV:
- Hydrid – inorganic crystals within a polymer matrix

11/34
Các thế hệ của pin
Vật liệu silicon (đơn tinh thể
và đa tinh thể)
Chiếm khoảng 80-85%
thị trường pin mặt trời
Hiệu suất chuyển đổi
năng lượng 28%
Yêu cầu độ tinh khiết tinh
thể cao dẫn đến giá thành cao
12
Thế hệ 1
13/34
Thế hệ 1
Khi đưa phiến bán dẫn tiếp xúc với ASMT thì photon của ASMT có
thể kích thích làm cho điện tử đang liên kết với nguyên tử bị bật ra tạo
nên cặp e-lỗ trống. Electron nhảy từ miền hóa trị lên miền dẫn ở mức
cao hơn, có thể chuyển động .
Càng nhiều photon chiếu đến, mật độ các điện tử trên vùng dẫn càng
tăng. Dẫn đến tính dẫn điện càng tăng

Công nghệ màng mỏng
Vật liệu: CdTe, CIGS ( Đồng, Indium,
Gadium,Selenium), Silicon
vô định hình, Nano tinh thể,…
Là các chất bán dẫn
có vùng cấm thẳng
Là bán dẫn mỏng hơn (<1um) khoảng 100-1000
so với Silicon tinh thể
Hiệu suất thấp hơn thế hệ 1.

14/34
14
Thế hệ 2

Cấu tạo:
Cấu trúc pin gồm một lớp kim loại phủ lên trên đế Si (loại n hoặc p), giữa chúng là một lớp cách
điện (insulator, thường là SiO2) và mặt trên cùng là điện cực trước.
Thế hệ 2
15/34

Nguyên lý hoạt động:
 Đầu tiên chất bán dẫn hấp thụ những photon với năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm
Eg làm sinh ra những cặp electron và lỗ trống khi pin được phơi sáng. Đây là quá trình chuyển hóa quang
năng thành hóa năng.
Sau đó những cặp electron và lỗ trống này được phân ly và chuyển ra mạch ngoài. Đây là quá trình
chuyển hóa hóa năng thành điện năng.

16/34

Đã và đang được nghiên cứu vô cùng mạnh mẽ

Một số dạng:
Pin mặt trời dùng chất màu nhạy sáng (DSSC)
Pin mặt trời dùng chấm lượng tử nhạy sáng (QDSSC)
Pin mặt trời hữu cơ (Polymer)
Pin mặt trời quang điện hóa
17
Thế hệ 3
Thế hệ 3
18/34

Hình a) Sự phân ly của cặp lỗ trống - điện tử (h+ và e-) tại mặt chuyển tiếp giữa vật liệu p và n.
b) Điện tử (e-) đi theo đường vân vật liệu n tiến đến cực dương, và lỗ trống (h+) theo đường vân vật liệu p tiến đến cực âm. Dòng điện xuất hiện.
Thế hệ 4
Phát triển từ pin mặt trời thế hệ III, thế hệ pin mặt trời lai IV ra đời, kết hợp giữa nano tinh thể bán dẫn vô
cơ và polymer dẫn điện tạo thành nano composite polymer.
Ưu điểm có kích thước mỏng, nên có thể kết hợp phủ nhiều lớp lên nhau để tạo thành pin hấp thu nhiều dãy
sóng ánh sáng khác nhau nhằm tăng hiệu xuất chuyển hóa năng lượng
Khuyết điểm: hiệu suất chuyển hóa năng lượng vẫn còn thấp, polymer sử dụng trong pin thế hệ này cũng bị
thoái hóa theo thời gian, làm hiệu suất của pin giảm theo thời gian sử dụng.
19/39
Thế hệ 4

Nguyên lý hoạt động:
Ánh sáng được hấp thụ bởi polymer ( P3HT).
Các electron được kích thích trong tinh thể nano và được dẫn đến các điện cực. Polymer(Pedot:Ps) dẫn lỗ trống đến
điện cực còn lại và dòng được tải ra mạch ngoài.
CdSe - cadmium (II) selenide
P3HT - Poly-3-hexylthiophene
ITO - Indium Tin Oxide
(In2O3/SnO2)
Al - Aluminium
PEDOT:PS - Poly(3,4- ethylenedioxythiophene)
poly(styrenesulfonate
20/39
1.Độ dẫn điện và điện trở suất của chất bán dẫn

: Độ dẫn

Nghịch đảo của độ dẫn là điện trở suất:


21/34
Các thông số đặc trưng
Ảnh hưởng của nhiệt độ và bức xạ

L: độ dài khuếch tán
D: hệ số khuếch tán
: thời gian sống
Công suất của pin mặt trời:

P=IV I: cường độ dòng điện
V: hiệu điện thế

22/34
Các thông số đặc trưng
Hiệu suất biến đổi quang điện của pin mặt trời:

η =
η – hiệu suất biến đổi quang điện (%)
P
opt
– công suất đỉnh
A – diện tích bề mặt pin Mặt Trời được chiếu sáng (m
2
)
E
0
– cường độ bức xạ chuẩn = 1000 W/m
2



23/34
Các thông số đặc trưng

Tuy còn non trẻ song ngành công nghiệp ĐMT Việt Nam cũng đã đạt được những thành tựu bước đầu đáng
kể.

Dự thảo đề cươngChươngtrìnhđiệnmặttrờisiêucôngsuất2010-2025 đã vạch ra các mục tiêu cụ thể của
Chương trình là khai thác hiệu quả ĐMT đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia trong mọi tình huống (250
MWp = 456,25 tỷ KWh/năm), và cùng với lưới Quốc gia điện khí hóa 100% toàn bộ lãnh thổ Việt Nam vào
năm 2025.
24/34
Khả năng phát triển ở Việt Nam
Công nghiệp điện mặt trời TP Hồ Chí Minh đã tạo dựng được một số cơ sở sản xuất tiêu biểu như nhà
máy sản xuất Module PMT quy mô công nghiệp đầu tiên tại Việt Nam, cơ sở hạ tầng công nghiệp sản xuất chế
tạo các thiết bị điện tử ngoại vi phục vụ cho ĐMT xây dựng dựa trên sự hợp tác giữa Solar và Công ty CP Nam
Thái Hà, nhà máy “Solar Materials Incorporated” có khả năng cung cấp cả hai loại Silic khối (mono and multi-
crystalline) sử dụng cho công nghiệp sản xuất PMT.

Có thể kể đến một số sản phẩm tiêu biểu như modul PMT, các thiết bị ngoại vi inveter, các máy smarts,
thiết bị ĐMT nối lưới công nghệ SIPV đã chiếm lĩnh một phần thị trường trong nước và bước đầu vươn ra
thị trường trong khu vực và thị trường thế giới.
25/34
Khả năng phát triển ở Việt Nam