Trái đất có thể hứng rất nhiều năng lượng từ mặt trời ước lượng khoảng 173 Gigawatts. Đó là nguồn năng lượng mạnh gấp 10.000 lần so với nhu cầu mà con người trên hành tinh này sử dụng. Hai thập kỷ qua sự đóng góp của năng lượng mặt trời vào tổng nguồn cung năng lượng của thế giới đã tăng lên đáng kể. Trong bài viết này chúng ta sẽ về cách mà pin năng lượng mặt trời tạo ra điện năng như thế nào.
Năng lượng từ mặt trời là nguồn năng lượng rất dồi giàu và hoàn toàn miễn phí để chuyển đổi được nguồn năng lượng này thành điện năng thì các tấm Pin năng lượng mặt trời được tạo thành từ các đơn vị nhỏ hơn gọi là tế bào quang điện. Tế bào quang điện phổ biến nhất được làm từ một thứ có rất nhiều trên trái đất đó là cát.
Để có thể sử dụng làm Pin mặt trời, cát phải được chuyển đổi thành tinh thể SILICON tinh khiết tới 99,999%. Để đạt được tới độ tinh khiết như thế cát phải trải qua một quá trình thanh lọc rất phức tạp.
Pin năng lượng mặt trời hoạt động ra sao?
Cát SILICON thô sẽ được chuyển đổi thành một hợp chất HCL ở dạng khí, sau đó hợp chất này sẽ được trộn với H2 để tạo ra những thỏi Silic đa tinh thể với độ tinh khiết cao, sau đó những thỏi Silic này sẽ được cắt thành những lát rất mỏng gọi là SILICON WAFER. SILICON WAFER chính là trái tim của một tế bào quang điện.
Khi phân tích cấu trúc của một nguyên tử SILICON các nhà khoa học thấy rằng chúng được liên kết với nhau khá chặt chẽ, kiểu như khi bạn gắng bó với ai đó bạn sẽ bị mất tự do. Tương tự các ELECTRON trong cấu trúc SILICON sẽ bị các liên kết này giữ lại nên cũng không thể duy chuyển tự do.
Một tế bào quang điện sử dụng hai lớp SILICON khác nhau:
Một lớp SILICON loại N là vật liệu bán dẫn có mật độ ELECTRON lớn hơn mật độ lỗ trống, do đó trong bán dẫn loại N ELECTRON tự do được gọi là hạt dẫn đa số.
Lớp SILICON còn lại: loại P là vật liệu bán dẫn có mật độ lỗ trống lớn hơn ELECTRON tự do, do đó trong bán dẫn loại P lỗ trống sẽ là hạt dẫn đa số.
Nếu 2 vật liệu bán dẫn này được tiếp xúc với nhau thì một số ELECTRON từ bên N sẽ duy chuyển qua vùng P và lắp đầy các lỗ trống có sẵn ở đó. Ngược lại lỗ trống từ bên P cũng sẽ duy chuyển qua vùng N để kết hợp với ELECTRON. Bằng cách này một vùng mà không có các ELECTRON và các lỗ trống tự do sẽ được hình thành. Các nhà khoa học gọi vùng này là vùng nghèo hoặc chuyển tiếp P – N.
Kết quả của sự duy chuyển ELECTRON và lỗ trống như trên làm cho ranh giới phía N sẽ trở nên tích điện dương (+) và phí P trở nên tích điện âm (-). Ở trạng thái bình thường thường được kết dính với các lỗ trống trong vùng chuyển tiếp P – N nên nó không thể duy chuyển đi xa được khi có ánh sáng chiếu vào.
