TRƯỜNG ĐHSP THÁI NGUYÊN
CHUYÊN ĐỀ:

PIN MẶT TRỜI
PIN QUANG ĐIỆN:
CẤU TẠO – NGUYÊN TẮC
HOẠT ĐỘNG - ỨNG DỤNG
Nguyễn Đức Thái - Lớp cao học Vật lý K23B
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Thị Kim Liên
Thái Nguyên, 2016
10/03/2016

Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B


MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài

Thứ nhất: Nguồn năng lượng điện vô tận từ mặt
trời:

-Các tấm pin mặt trời có rất nhiều ưu điểm. Silicon sử dụng trong đa số tấm là chất
liệu rất phổ biến. Cát trên bãi biển có thành phần cấu tạo chủ yếu là silicon. Các tấm
pin mặt trời là đáng tin cậy.
-“Nhiên liệu” mà chúng sử dụng – ánh sáng mặt trời – có sẵn dồi dào. Đó là nguồn
tài nguyên có thể hồi phục sẽ tồn tại gần như mãi mãi. Các nhà khoa học biết rằng Mặt
trời sẽ tỏa sáng trong hàng tỉ năm nữa.
10/03/2016

Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B



MỞ ĐẦU
Thứ tư: Bảo vệ môi
trường

Lí do chọn đề tài

- Khi sử dụng, các tấm pin mặt trời hầu như chẳng có tác động gì đối với môi trường.
Chúng im lìm. Chúng không nhả bụi hoặc các chất khí thải vào không khí. Chúng
không làm cho nước nhiễm độc. Chúng không tạo ra các chất thải nguy hiểm.
10/03/2016

Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B


MỞ ĐẦU
Lí do chọn đề tài

Thứ năm: Các nhà máy điện sạch
hơn

- Các nhà máy điện sử dụng các tấm pin mặt trời có một số ưu điểm. Thường thì
chúng có thể được xây dựng nhanh hơn các nhà máy đốt dầu, than đá, hoặc nhà máy sử
dụng nhiên liệu hạt nhân. Nếu cần công suất lớn hơn, thì chúng dễ mở rộng hơn các
loại nhà máy khác. Các nhà máy đốt dầu và than đá sử dụng một lượng lớn nhiên liệu.
Nhiên liệu này có thể đắt tiền và việc đốt cháy nó có thể giải phóng các chất độc hại.
Quá trình vận chuyển nhiên liệu đến nhà máy điện cũng gây ra các trở ngại đối với môi
trường. Với các nhà máy điện mặt trời thì không có những vấn đề trở ngại như vậy.
10/03/2016


Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B


NGHIÊN CỨU
Pin Mặt Trời – Pin Quang Điện là gì?
Trong tiếng Việt, Pin Mặt Trời còn được gọi là
Pin Năng Lượng Mặt Trời, Pin Quang Điện, Tế
Bào Quang Điện. Tấm Pin mặt trời còn được gọi
là Bảng Pin mặt trời hay Mô-đun Pin năng lượng
mặt trời.

10/03/2016

Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B


NGHIÊN CỨU
Pin Mặt Trời – Pin Quang Điện là gì?
Trong thuật ngữ tiếng Anh, Pin mặt trời được gọi là Solar Cell. Còn các Tấm Pin
mặt trời thì gọi là Solar Panels. Mảng Pin Mặt Trời thì gọi là Array Solar Panels.

Hệ thống điện mặt trời bao gồm: Pin mặt trời , Khối tích trữ và chuyển hóa điện năng (Bộ sạc Mặt trời,
Accu lưu điện, Thiết bị chuyển đổi từ điện DC lên 110/220VAC hoặc bộ hòa lưới mặt trời), Giàn khung
giá đỡ và dây dẫn.
10/03/2016

Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B


NGHIÊN CỨU


NGHIÊN CỨU
Cấu tạo & hoạt động của Pin Mặt Trời Silic

10/03/2016

Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B


NGHIÊN CỨU
Cấu tạo của Pin Mặt Trời Silic

+

Lớp
chặn

(3)
(2)
(1)

- - -p- - - - ++++++++
n

Etx
G

-

(1) Đế kim loại

mối liên kết nên có thể nói là tạo thành
n lỗ trống (hole). Vì là thiếu
electron nên lỗ trống mạng điện dương, bán dẫn pha tạp trở thành
có tính dẫn điện lỗ trống, tức là bán dẫn loại p (positif -dương).
Vậy trên cơ sở bán dẫn tinh khiết có thể pha tạp để trở thành có lớp
là bán dẫn loại n, có lớp bán dẫn loại p, lớp tiếp giáp giữa hai loạị
chính là lớp chuyển tiếp p - n. Ở chỗ tiếp xúc p - n này một ít
electron ở bán dẫn loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống
thiếu electron, ở đó. Kết quả là ở lớp tiếp xúc p-n có một vùng thiếu
electron cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùng nghèo. Sự
dịch chuyển điện tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng
tạo nên hiệu thế gọi là hiệu thế ở tiếp xúc p - n, đối với Si vào cỡ
0,6V đến 0,7V. Đây là hiệu thế sinh ra ở chỗ tiếp xúc không tạo ra
dòng điện được.


NGHIÊN CỨU
Hoạt động của Pin Mặt Trời Silic
- Nhưng nếu đưa phiến bán dẫn đã tạo lớp tiếp
xúc p - n phơi cho ánh sáng mặt trời chiếu vào
thì photon của ánh sáng mặt trời có thể kích
thích làm cho điện tử đang liên kết với nguyên
tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên
tử xuất hiện chỗ trống vì thiếu electron, người
ta gọi là photon đến tạo ra cặp electron - lỗ
trống. Nếu cặp electron - lỗ trống này sinh ra ở
gần chỗ có tiếp p - n thì hiệu thế tiếp xúc sẽ
đẩy electron về một bên (bên bán dẫn n) đẩy lỗ
trống về một bên (bên bán dẫn p). Nhưng cơ
bản là electron đã nhảy từ miền hoá trị (dùng để

NGHIÊN CỨU
Hoạt động của Pin Mặt Trời Silic

+ Iqđ

- - - p- - - - ++++++++

Etx

n

-

Video hoạt động:


NGHIÊN CỨU
Một số loại Pin Mặt Trời khác

1. Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar
cell)

- DSC là một loại pin Mặt trời mới, giá rẻ, dễ làm. Loại pin này do Michael Gratzel ở
trường Bách khoa Lausane (Thuỵ Sĩ) chế tạo lần đầu vào năm 1991 nên còn có tên là
pin Gratzel.
10/03/2016

Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B



cell)

- Pin DSC hoạt động như sau: ánh sáng Mặt trời qua tấm
kính, qua lớp điện cực trong suốt SnO2:F chiếu vào chất
màu nhạy quang dính trên bề mặt các hạt TiO2. Photon kích
thích các phân tử chất màu nhạy quang làm cho electron ở
đó bị bứt ra nhảy vào miền dẫn của TiO2 rồi từ đó dễ dàng
chuyển động chạy về điện cực trong suốt ở phía trên. Khi bị
mất electron để nhận thêm cho phân tử không bị phân huỷ.
Phân tử chất màu nhạy quang bèn lấy electron của iôt ở
dung dịch điện phân, biến anion iôt một I- thành anion iôt ba
I3- . Các anion iôt này khi tiếp xúc với điện cực kim loại sẽ
lấy lại electron từ điện cực trong suốt qua mạch ngoài chạy
về điện cực kim loại. Như vậy đã thực hiện cơ chế photon
kích thích làm cho electron nhảy lên, đến điện cực trong suốt
rồi qua mạch ngoài chạy về điện cực kim loại tạo ra dòng
điện.

10/03/2016

Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B


NGHIÊN CỨU
1. Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell)

- Vì nhiều lí do, hiệu suất của loại pin này chỉ vào cỡ 11% thấp hơn hiệu suất của pin
Mặt trời silic (12 - 15%). Tuy nhiên ưu điểm rõ rệt của loại pin này là:
- Vật liệu chế tạo rẻ, dễ kiếm. Đặc biệt TiO2 là chất bột trắng hay dùng để làm sơn
trắng rất phổ biến.

động” khi ánh sáng mặt trời chiếu vào và sản sinh ra điện năng; cơ chế này tương tự như cơ chế
kích thích tổng hợp đường để sinh trưởng của phân tử thực vật.
10/03/2016

Nguyễn Đức Thái – Lớp cao học Vật lý K23B