Bài giảng CÁC LOẠI SOLAR CELLS

CÁC LOẠI SOLAR CELLS GVHD: Thầy Lê Trấn HVTH: Nguyễn Thị Hoài Phương Lớp Cao học Quang học khóa 21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG CÁC LOẠI PIN MẶT TRỜI I. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI II. PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ II A. Đơn tinh thể B. Màng mỏng III. PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ III A. Pin từ polyme B. Pin DSSC IV. PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ IV I. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI I. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI I. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN LOẠI Các thế hệ pin mặt trời 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 PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 1. Cấu tạo Khi cho hai khối bán dẫn n và p tiếp xúc nhau, do có sự khác nhau về mật độ hạt dẫn nên sẽ có sự khuếch tán của electron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và sự khuếch tán của lỗ trống từ bán dẫn loại p sang loại n. Trong quá trình khuếch tán này chúng sẽ tái hợp với các hạt cơ bản tại miền chúng vừa tới. Kết quả là trong bán dẫn loại n, tại vùng gần mặt tiếp xúc sẽ hình thành một miền điện tích dương, trong bán dẫn loại p, tại vùng gần mặt tiếp xúc cũng xuất hiện một miền điện tích âm. Nếu mật độ tạp chất N d = N a trong hai bán dẫn thì hai miền điện tích này có độ dày bằng nhau và chúng tạo thành một lớp chuyển tiếp với điện trở rất lớn. PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 1. Cấu tạo Khi trạng thái cân bằng được thiết lập, ở lớp tiếp xúc hình thành một hiệu điện thế tiếp xúc U K (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) và tương ứng nó là một hàng rào thế V bi . Hàng rào thế V bi cản sự khuếch tán của electron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và sự khuếch tán của lỗ trống từ bán dẫn loại sang bán dẫn loại n. Dưới tác dụng của điện trường lớp chuyển tiếp, các mức năng lượng của bán dẫn n tụt xuống, các mức năng lượng của bán dẫn p dịch lên phía trên. Qúa trình dịch chuyển các mức năng lượng sẽ ngừng khi các mức Fecmi của hai bán dẫn trùng nhau. Độ lớn của thế rào: V bi = ( ) 22 2 pand s nNpN e + ε Silic dùng làm pin mặt trời đòi hỏi độ tinh khiết cao, điều này được thực hiện bằng 2 cách:  Nuôi cấy nhờ nấu chảy: một mẩu nhỏ của vật liệu đơn tinh thể, được gọi là mầm, được đưa vào tiếp xúc với bề mặt của cùng vật liệu trong pha lỏng và sau đó được kéo lên từ từ khỏi vật liệu nóng chảy. Khi mầm được kéo chậm, sự đông đặc xuất hiện dọc theo giao diện rắn- lỏng  Nuôi ghép: là quá trình ở đó một lớp mỏng đơn tinh thể được nuôi trên một nền đơn tinh thể. Có hai loại nuôi ghép: đồng ghép và ghép khác loại PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 1. Cấu tạo QUÁ TRÌNH PHA TẠP ĐỂ TẠO THÀNH BÁN DẪN LOẠI N VÀ LOẠI P: pha tạp nguồn rắn/ khí và pha tạp ion.  Sự khuếch tán tạp chất xuất hiện khi tinh thể bán dẫn được đặt trong môi trường khí nhiệt độ cao (1000 o C) chứa nguyên tử tạp chất mong muốn. Sự khuếch tán tạp chất là quá trình mà nhờ đó các hạt tạp chất chuyển động từ vùng có nồng độ cao cạnh bề mặt tới vùng có nhiệt độ thấp hơn trong tinh thể. Khi nhiệt độ giảm, các nguyên tử tạp chất bị cố định lại vĩnh viễn thành các điểm mạng thay thế.  Nuôi cấy ion xảy ra tại nhiệt độ thấp hơn khuếch tán. Một chùm chuẩn trực các ion khuếch tán được gia tốc có động năng trong dảy 50 eV hoặc lớn hơn và được gia tốc về phía tinh thể. Những ion pha tạp năng lượng cao đi vào tinh thể và dừng lại ở một độ sâu trung bình tính từ bề mặt. Một ưu điểm của cấy ion là có thể điều khiển được những nguyên tử ion đi vào một vùng đặc biệt của tinh thể. Một nhược điểm của kĩ thuật này là những nguyên tử tạp chất tới va chạm với những nguyên tử tinh thể làm hỏng sự thay đổi vị trí mạng. PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 1. Cấu tạo Nồng độ tạp chất cm -3 Điện trở suất ρ (Ω.cm) n p Bán dẫn riêng 2. 10 5 10 14 10 15 10 16 10 17 10 18 10 19 40 4,5 0,6 0,1 2,5 .10 -2 6 .10 -3 180 12 1,8 0,3 6,2 .10 -3 1,2 .10 -2 Sự phụ thuộc của điện trở suất vào nồng độ tạp chất PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 1. Cấu tạo [...]... hoạt động: Điện cực kim loại trong PMT thực ra là một tiếp xúc kim – loại bán dẫn, nó được chia làm hai loại: tiếp xúc Ohmic và tiếp xúc Schottky Tiếp xúc Ohmic cho phép trao đổi hạt tải đa số giữa bán dẫn và kim loại một cách dễ dàng trong khi tiếp xúc Schottky thì ngăn cản sự trao đổi hạt tải đa số giữa bán dẫn và kim loại Vì thế trong PMT người ta mong muốn các tiếp xúc kim – loại bán dẫn là tiếp xúc... tăng sự truyền điện tích Bản chất độ linh động của các điện tử trong chất hữu cơ là kém, ngoài ra nó còn bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng bẫy điện tích của các tạp chất Trong các nghiên cứu hiện nay, các polyme có độ linh động cao hơn như fluorene-triarylamine và các copolyme thiophene đã được sử dụng trong các thiết bị có cấu trúc hỗn hợp Để cải thiện sự truyền các electron, người ta đã thêm vào thành phần vô... này, rất nhiều những nghiên cứu đã ra đời nhằm mục tiêu thay thế dung dịch điện ly bằng những chất điện ly rắn hoặc bán rắn Các loại chất điện ly dạng này bao gồm: chất bán dẫn loại p, các loại muối nóng chảy ở nhiệt độ phòng, polymer dẫn điện dạng ion, polymer hữu cơ dẫn điện và các loại chất điện ly dạng gel PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ III- PIN DSSC Pin mặt trời trên cơ sở chất màu nhạy quang (DSSC), còn... này, rất nhiều những nghiên cứu đã ra đời nhằm mục tiêu thay thế dung dịch điện ly bằng những chất điện ly rắn hoặc bán rắn Các loại chất điện ly dạng này bao gồm: chất bán dẫn loại p, các loại muối nóng chảy ở nhiệt độ phòng, polymer dẫn điện dạng ion, polymer hữu cơ dẫn điện và các loại chất điện ly dạng gel PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ III –PIN DSSC 1 Cấu tạo: Cấu tạo của pin mặt trời nhạy quang DSSC nói... kích thước tinh thể và hướng được khống chế thì chúng như các chất truyền electron Người ta đã nghiên cứu các thiết bị mà sử dụng các chất màu tinh thể hình kim, CdSe nano dạng que và các ống nano cacbon Bên cạnh đó, các chất chuyển điện tử hữu cơ có độ linh động và độ bền tốt hơn cũng đang được xem xét PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ III- PIN TỪ POLYME 3 Các mục tiêu đặt ra khi chế tạo pin mặt trời hữu cơ Sự... từ bề mặt chung tới các điện cực Trong thực tế, các vật liệu có xu hướng tách rời nhau ra khi trộn lẫn chúng với nhau Người ta đã tập trung tìm cách điều chỉnh hình thái cấu trúc của hỗn hợp, có các hướng sau: khống chế hình thái cấu trúc hỗn hợp thông qua các điều kiện của quá trình xử lý, như: dung môi, áp suất, nhiệt độ chất nền PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ III- PIN TỪ POLYME 3 Các mục tiêu đặt ra khi... điện xuất hiện PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ III- PIN TỪ POLYME 3 Các mục tiêu đặt ra khi chế tạo pin mặt trời hữu cơ Tăng khả năng hấp thụ ánh sáng Các nhà khoa học đang cố gắng tìm kiếm các polyme dẫn có khả năng hấp thụ đến ánh sáng đỏ của bức xạ mặt trời Hỗn hợp polyme – fullerene có khe dải năng lượng thấp, đã thay thế cho các dẫn xuất PPV Các dẫn xuất của polythiophene, copolyme polypyrrole/thiazadole... PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II ĐƠN TINH THỂ 2 Nguyên lí hoạt động: Nếu ở bên ngoài ta dùng một dây dẫn nối bán dẫn loại n với bán dẫn loại p (qua một phụ tải như lèn LED chẳng hạn) thì electron từ miền dẫn của bán dẫn loại n sẽ qua mạch ngoài chuyển đến bán dẫn loại p lấp vào các lỗ trống Đó là dòng điện pin Mặt trời silic sinh ra khi được chiếu sáng Hiệu suất pin khoảng 28% PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ... PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II MÀNG MỎNG 1 Cấu tạo: PMT MIS (metal – isnulator – semiconductor) 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 Pin loại này đơn giản nhưng có hiệu suất không cao PIN MẶT TRỜI THẾ HỆ THỨ I VÀ THỨ II MÀNG MỎNG 2 Nguyên lí hoạt động: Sự chuyển hóa... pin Các pin mặt trời hữu cơ không bền bởi hai nguyên nhân chính: - Thứ nhất, nhiều polyme liên hợp không bền trong sự có mặt của oxi và ánh sáng, sinh ra các chất có khả năng phản ứng mạnh như peoxit, chất này phản ứng với vật liệu và làm suy biến hóa tính của vật liệu - Thứ hai là tính không bền của hỗn hợp donor – acceptor Khi tạo lớp, các thành phần của hỗn hợp bị đông cứng lại, theo thời gian các . CÁC LOẠI SOLAR CELLS GVHD: Thầy Lê Trấn HVTH: Nguyễn Thị Hoài Phương Lớp Cao học Quang học khóa 21 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG CÁC LOẠI PIN. dẫn loại n sang bán dẫn loại p và sự khuếch tán của lỗ trống từ bán dẫn loại sang bán dẫn loại n. Dưới tác dụng của điện trường lớp chuyển tiếp, các mức năng lượng của bán dẫn n tụt xuống, các. của electron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p và sự khuếch tán của lỗ trống từ bán dẫn loại p sang loại n. Trong quá trình khuếch tán này chúng sẽ tái hợp với các hạt cơ bản tại miền