khảo sát tính năng kỹ thuật pin quang điện phywe

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ  KHẢO SÁT TÍNH NĂNG KỸ THUẬT PIN QUANG ĐIỆN PHYWE Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƢ PHẠM VẬT LÝ – CÔNG NGHỆ GV hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lê Văn Nhạn Hồ Thanh Hƣơng Mã sốSV:1117594 Lớp:TL1192A1 Khóa: 37 Cần Thơ, 2015 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu, kết phân tích luận văn hoàn toàn trung thực chưa đượccông bố công trình nghiên cứu trước Mọi tham khảo, trích dẫn rõ nguồn danh mục tài liệu tham khảo luận văn Cần Thơ, ngày 27 tháng 04 năm 2015 Tác giả Hồ Thanh Hƣơng SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Trang 1.Lí chọn đề tài 2.Mục đích nghiên cứu 3.Giới hạn đề tài 4.Các phương pháp phương tiện thực đề tài Các bước thực đề tài PHẦN NỘI DUNG Chương 1: Tổng quang tình hình sử dụng lượng giới việt nam 1.Sơ lược tình hình sử dụng lượng giới 1.1 Tài nguyên lượng 1.2 Tình hình sử dụng lượng giới 1.2.1 Vài nét nhu cầu lượng giới 1.2.2 Thời gian sử dụng lượng hóa thạch 1.2.3 Tác động lượng hóa thạch với môi trường Tình hình lượng Việt Nam 2.1 Năng lượng hóa thạch 2.2 Tình hình sản xuất điện sử dụng nguồn lượng tái tạo Chương 2: PIN MẶT TRỜI 1.Lý thuyết tế bào quang điện 1.1 Hiệu ứng quang điện 1.2 Hiệu ứng quang điện hệ thống hai mức lượng 11 1.3 Hiệu suất trình biến đổi quang điện 12 1.4 Hiệu ứng quang điện lớp bán dẫn pn 12 1.5 Đặc trưng Vôn-Ampe tối 14 1.6 Đặc trưng Vôn-Ampe sáng - tạo dòng quang 14 Pin Mặt Trời 16 2.1 Tổng quang pin Mặt Trời 16 i Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn 2.2 Cấu tạo, phân loại nguyên lí hoạt động pin Mặt Trời 17 2.2.1 Cấu tạo 17 2.2.2 Phân loại 17 2.2.3 Nguyên lí làm việc pin Mặt Trời 18 a Đặc tuyến IV pin Mặt Trời 19 b Hiệu suất biến đổi quang thành điện 19 c Nguyên lí pin Mặt Trời nhiều mức lượng 21 2.3 Các đặc trưng pin Mặt Trời 22 2.3.1 Sơ đồ mạch tương đương 22 2.3.2 Dòng đoản mạch ISC 24 2.3.3 Thế hở mạch VOC 24 2.3.4 Điểm làm việc cực đại công suất PM 26 2.3.5 Các điều kiện tải tiêu thụ điện 28 2.3.6 Các tham số ảnh hưởng đến chế độ làm việc hiệu suất pin Mặt Trời 29 2.3.7 Vật bán dẫn cho hiệu suất cao 31 2.4 Công nghệ chế tạo pin Mặt Trời Si 32 2.4.1 Sơ lọc thạch anh để có silicon có độ kỹ thuật 32 2.4.2 Làm tiếp để có silicon có độ bán dẫn 33 2.4.3 Tạo đơn tinh thể Si 33 2.4.4 Cắt thỏi Si đơn tinh thể thành phiến Si .35 2.4.5 Kỹ thuật “kéo” đơn tinh thể Si 36 2.4.6 Tạo tiếp xúc p-n 36 2.4.7 Tạo lớp tiếp xúc Ohmic 38 2.4.8 Phủ lớp chống phản xạ ánh sáng .39 2.4.9 Đóng gói pin Mặt Trời thành module .40 2.5 Các vật liệu pin Mặt Trời vô định hình 41 2.5.1 Vật liệu pin Mặt Trời 41 ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn 2.5.2 Vật liệu pin Mặt Trời màng mỏng 42 2.6 Ứng dụng pin Mặt Trời .47 CHƢƠNG 3: THỰC HÀNH ĐO ĐẠC, LẮP RÁP MẠCH ĐIỆN PIN MẶT TRỜI 51 1.Mục đích 51 Cơ sở lý thuyết 51 Dụng cụ .51 Thực hành 53 4.1 Trường hợp 54 4.2 Trường hợp 62 4.3 Trường hợp 64 4.4 Đo đạc công suất pin Mặt Trời thực tế .68 PHẦN KẾT LUẬN 69 Tài liệu tham khảo 70 iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn PHẦN 1: MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, điện có vai trò quan trọng công nghiệp sản xuất sống hàng ngày Vì thế, muốn cho sống phát triển bền vững nguồn điện nước ta phải cung cấp đầy đủ Tuy biết thế, nước ta, điện cung cấp chưa đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng, cung không đủ cầu Nhà nước khuyến khích người dân sử dụng điện cần thiết, tắt hết thiết bị điện không sử dụng tình trạng thiếu điện xảy ra, vào mùa khô, nhà máy thủy điện không hoạt động hết công suất Đồng thời, nước ta, đường dây điện chưa đến nhiều nơi, nơi xa xôi, đồi núi, vùng hải đảo,…nhiều người chưa có điện sinh hoạt ngày Do đó, việc phát triển lượng điện quan tâm hang đầu chương trình phát triển lượng quốc gia Nhưng phát triển lượng điện kéo theo vấn đề môi trường Trong việc xây dựng nhà máy thủy điện lại hủy hoại hệ sinh thái cách nghiêm trọng nhà máy nhiệt điện lại gây ô nhiễm môi trường nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính, nhà máy điện hạt nhân giai đoạn thiết kế, xây dựng có nguy bị rò rỉ chất phóng xạ xảy thiên tai động đất, sóng thần…Cho nên vấn đề đặt phát triển xây dựng phải đảm bảo vấn đề bảo vệ môi trường Trên thực tiễn đó, cần phải tìm nguồn lượng khác để thay Năng lượng Mặt Trời nguồn lượng vô hạn nguồn lượng mà biết Bức xạ Mặt Trời chứa nguồn lượng khổng lồ nguồn gốc trình tự nhiên Trái Đất Năng lượng Mặt Trời dồi việc khai thác hiệu nguồn lượng quan tâm nhiều Trong thiết bị sử dụng lượng Mặt Trời pin Mặt Trời sử dụng rộng rãi chúng dễ chuyển đổi, dễ dàng lắp đặt tòa nhà cấu trúc khác Pin Mặt Trời cung cấp nguồn lượng điện sạch, nguồn bổ sung cho nguồn cung cấp điện thông thường Tại vùng chưa có điện vùng dân cư xa, nông thôn, hải đảo, trường hợp khẩn cấp…Pin Mặt Trời cung cấp nguồn điện đáng tin cậy Trên lý chọn đề tài “ Pin lượng Mặt Trời” để nghiên cứu MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động hệ thống điện pin Mặt Trời SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn GIỚI HẠN ĐỀ TÀI -Nghiên cứu lý thuyết pin Mặt Trời số ứng dụng đơn giản thiết kế chiếu sáng -Khảo sát thực nghiệm đo đạc, tính hiệu suất pin Mặt Trời 4.CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI -Nghiên cứu lý thuyết: trình nghiên cứu đòi hỏi sưu tầm nhiều tài liệu liên quan, đọc tài liệu, phân tích tổng hợp lý thuyết từ viết nên sở lý thuyết đề tài -Nghiên cứu thực tiễn -Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng hợp,… -Sử dụng tài liệu tham khảo, sách giáo khoa, internet,….có liên quan đến nội dung nghiên cứu -Thực hành lắp ráp, đo đạc mạch điện CÁC BƢỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI -Nhận đề tài -Thu thập tài liệu có liên quan -Nghiên cứu tài liệu, viết đề cương chi tiết -Tổng hợp lý thuyết viết thành luận văn trao đổi với giáo viên hướng dẫn -Thực nghiệm: đo công suất pin quang điện -Chỉnh sửa hoàn thành luận văn viết báo cáo SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn PHẦN 2: NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM SƠ LƢỢC VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tài nguyên lƣợng gì? “Năng lượng dạng tài nguyên vật chất xuất phát từ hai nguồn chủ yếu : lượng Mặt Trời lượng lòng Đất Năng lượng Mặt Trời tồn dạng chính: xạ Mặt Trời, lượng sinh học (sinh khối động thực vật), lượng chuyển động khí thủy (gió, sóng, dòng hải lưu, thủy triều, dòng chảy sông,…), lượng hóa thạch (than, dầu, khí đốt, đá dầu…) Năng lượng lòng đất gồm nhiệt lòng đất biểu nguồn địa nhiệt, núi lửa lượng phóng xạ tập trung nguyên tố U, Th, Po… “Về bản, lượng chia thành hai loại, lượng chuyển hóa toàn phần (không tái tạo) lượng tái tạo dựa đặc tính nguồn nhiên liệu sinh nó.” Năng lượng chuyển hóa toàn phần : lượng hóa thạch, lượng nguyên tử Năng lượng tái tạo : Năng lượng Mặt Trời, lượng gió, lượng thủy triều, lượng thủy điện, lượng sóng biển, lượng địa nhiệt, lượng sinh khối 1.2Tình hình sử dụng lƣợng giới Năng lượng đại lượng vật lý đặc trưng cho khả sinh công vật hệ vật Có nhiều dạng lượng như: động làm dịch chuyển vật thể, nhiệt làm tăng nhiệt độ vật thể… Trong thời kỳ sơ khai loài người, nhiệt sinh đốt than khí sử dụng trực tiếp vào việc sưởi ấm nấu nướng Sau đó, nhiệt dùng để chạy máy móc xe cộ Ngoài ra, nhiệt làm chạy tuabin máy phát điện để sản xuất điện Điện tiện lợi, sử dụng việc ấn nút nên sử dụng rộng rãi Trong xã hội văn minh ngày nay, người sống thiếu lượng Nhưng nguồn lượng hữu hạn nên nhân loại phải sử dụng lượng cách hiệu không lãng phí SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn 1.2.1 Vài nét nhu cầu lƣợng giới Nhu cầu lượng giới có điểm cần lưu ý: Một là, nhu cầu lượng giới tiếp tục tăng lên đặn hai thập kỷ qua Thứ hai là, nguồn lượng hóa thạch chiếm 90% tổng nhu cầu lượng năm 2010 Thứ ba là, nhu cầu đòi hỏi lượng khu vực giới không giống 1.2.2 Thời gian sử dụng lƣợng hóa thạch Cho đến nay, người sử dụng lượng lớn lượng hóa thạch than đá dầu để đẩy mạnh trình phát triển kinh tế phải phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, chiếm khoảng 80% nguồn cung cấp lượng sơ cấp Người ta cho khai thác dầu 40 năm Số năm khai thác tính cách chia trữ lượng biết cho sản lượng khai thác hàng năm Trữ lượng dầu hữu hạn lượng tiêu thụ dầu giới thời gian tới tăng phải phụ thuộc vào dầu giá cao Khi giá thị trường tăng lên, việc ứng dụng kĩ thuật khai thác tiên tiến để lấy dầu từ địa tầng sâu đẩy mạnh trữ lượng dầu có khả khai thác tăng lên Nhưng khai thác đến nửa trữ lượng mỏ dù trữ lượng dẫn đến suy giảm suất chuyển sang sụt giảm sản lượng Do vậy, sản lượng dầu chất lượng tốt toàn giới chuyển sang khuynh hướng giảm thời kỳ sớm so với số năm khai thác, làm giảm khả trì sản lượng theo nhu cầu Điều có nghĩa lo lắng việc tăng giá lẫn việc không đảm bảo sản lượng cần thiết Hơn nữa, hai phần ba tài nguyên dầu lại tập trung chủ yếu khu vực Trung Đông, khu vực vốn không ổn định trị Số năm khai thác khí tự nhiên dự đoán khoảng 60 năm Tài nguyên khí tự nhiên, so với tài nguyên dầu có ưu điểm đảm bảo lượng định khu vực Đông Nam Á thời gian khai thác lâu Thực tế gần 70% trữ lượng đảm bảo phụ thuộc vào khu vực Trung Đông Liên Xô cũ, không tính đến tác động ảnh hưởng tình hình quốc tế Người ta cho số năm khai thác than khoảng 230 năm Nhưng lượng khí CO2 thải trình sinh lượng lại lớn so với nhiên liệu hóa thạch khác nên sử dụng nguồn nhiên liệu cần tính đến việc phòng chống tượng môi trường ấm lên Trái Đất SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn 1.2.3.Tác động lƣợng hóa thạch môi trƣờng Nhiên liệu hóa thạch dầu, than, khí tự nhiên đốt cháy thải khí dioxit cacbon (CO2), oxit sunphua (SOx), oxit nito (NOx) Khi nồng độ CO2 không khí tăng lên nhiệt độ Trái Đất tăng lên Người ta dự đoán nhân loại tiếp tục đốt nhiên liệu hóa thạch khí CO2 tiếp tục tăng lên sau 100 năm, nhiệt độ trung bình Trái Đất tăng lên độ gây ảnh hưởng lớn đến Trái Đất Ngoài ra, SOx, Nox nguyên nhân tạo tượng mưa axit gây tác hại to lớn động thực vật Trái Đất *Mưa axit Sau năm 50, tác hại mưa axit nước Bắc Âu dần trở thành vấn đề làm người ta quan tâm SOx, NOx khí thải từ nhà máy ô tô lục địa châu Âu tạo phản ứng hóa học không khí, di chuyển phía Bắc tạo mưa axit làm tiêu trụi cánh rừng, tiêu diệt sinh vật ao hồ gây tác hại to lớn sản xuất nông nghiệp Hiện tượng sau liên tiếp xuất khu vực Trung Âu tận khu vực Bắc Mỹ gần xuất khu vực công nghiệp tập trung Trung Quốc Như vậy, tác hại ô nhiễm không khí vượt khỏi biên giới quốc gia lan khu vực rộng lớn Đối sách phòng chống tượng cần phải có hợp tác cộng đồng quốc tế *Hiệu ứng nhà kính Những loại khí CO2 thải trình đốt nhiên liệu hóa thạch nguyên nhân lớn cho vấn đề ấm lên Trái Đất Khi nồng độ khí CO2 không khí tăng lên, theo hiệu ứng nhà kính nhiệt độ toàn Trái Đất tăng dần lên, xuất khu vực khí hậu thay đổi Có nguy thực vật bị ảnh hưởng, sản xuất nông nghiệp bị tác động làm giảm sản lượng, vùng đất khô cằn bị sa mạc hóa Hơn nữa, khối băng Nam Bắc cực tan nhấn chìm lục địa 2.TÌNH HÌNH NĂNG LƢỢNG Ở VIỆT NAM 2.1 Năng lƣợng hóa thạch Theo báo cáo Bộ Công thương nguồn lượng Việt Nam cạn kiệt dần Than 3,88 tỷ tấn, dầu 2,3 tỷ tấn, Ước tính, nguồn lượng tự nhiên cạn kiệt thời gian tới, dự báo nguồn dầu mỏ thương mại giới dùng khoảng 60 năm, khí tự nhiên 80 năm, than 150-200 năm Tại Việt Nam, nguồn lượng tự nhiên hết trước giới vài SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ Luận văn tốt nghiệp Với Ip=Vr/r = CHB/5Ω =x/5Ω(A) = x/.005Ω(mA) + Chọn icon “New” GVHD: Lê Văn Nhạn để thiết lập tương tự cho: Vp=x, Vr= x Công suất P pin: Pp= Vp*Ip = Vp*Vr/.005 = 200*Vp*Vr (mW) Điện trở tải: Rt = Vp/Ip = Vp/Vr/r = r*Vp/Vr = 5*Vp/Vr (Ω) + Trong thí nghiệm này, ta chọn tốc độ lấy mẫu (Sample Rate) có giá trị 5Hz độ nhạy Low(1x) để điểm đồ thị không gần qá xa - Thu nhận xử lý Data: + Bật khóa K1 cho đ n sáng với K2 để hở, chờ khoảng 10 giây để quang thông qua pin ổn định + Đóng khóa K2, dùng tay nhẹ nhàng xoay biến trở với tốc độ từ 0Ω đến 250Ω khoảng 30 giây Sau mở khóa K2 + Click nút Stop để ngừng thu liệu + Hiện thị liệu thu dạng Graph zDùng trình đơn Graph: SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 56 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn - Báo cáo kết thí nghiệm: * Trường hợp d = 2cm + Cường độ dòng điện theo thời gian Hình 3.11 Đồ thị Ip=f(t) + Điện Vp theo thời gian Hình 3.12 Đồ thị Vp=g(t) SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 57 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn +Điện Vr theo thời gian Hình 3.13 Đồ thị Vr=m(t) + Cường độ dòng điện theo điện pin Hình 3.14 Đồ thị Ip=h(Vp) SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 58 Luận văn tốt nghiệp + Công suất pin theo điện trở tải GVHD: Lê Văn Nhạn Hình 3.15 Đồ thị Pp=k(Rt) *Trường hợp d = 4cm +Cường độ dòng điện theo thời gian Hình 3.16 Đồ thị Ip=f’(t) SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 59 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn +Điện Vp theo thời gian Hình 3.17 Đồ thị Vp=g’(t) +Điện Vr theo thời gian Hình 3.18 Đồ thị Vr=m’(t) +Cường độ dòng điện theo điện pin SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 60 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn HÌnh 3.19 Đồ thị Ip=h’(Vp) + Công suất pin theo điện trở tải Hình 3.20 Đồ thị Pp=g’(Rt) SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 61 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn + Cường độ dòng điện pin theo điện pin với khoảng cách từ bóng đ n đến pin d=2cm d=4cm Hình 3.21 Đồ thị Ip=f(Vp) đồ thị Ip=f’(Vp) 4.2.TRƢỜNG HỢP 2: Khoảng cách pin nguồn sáng không đổi Ta khảo sát biến thiên cường độ dòng quang điện theo công suất nguồn sáng -Bố trí thí nghiệm sơ đồ mạch: K1 A A + - VDC RV V Đ + _ V R K2 Mạch nguồn chiếu sáng Mạch khảo sát -Đặt nguồn sáng cách pin khoảng d=2cm -Điều chỉnh điện bóng đ n đến 6V -Bật khóa K cho đ n sáng, đợi khoảng 10 giây tiến hành đo để dòng quang thông đến pin ổn định SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 62 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn -Giảm cường độ sáng nguồn sáng cách giảm điện hai cực bóng đ n lần 0,5V Ghi giá trị vào bảng Với: VĐ: điện hai cực bóng đ n IĐ: cường độ dòng điện bóng đ n PĐ: công suất chiếu sáng bóng đ n Ip : cường độ dòng quang điện pin phát VĐ (V) 5.960 5.470 5.060 4.500 4.090 3.508 3.002 2.503 2.009 1.498 0.997 IĐ(A) PĐ(W) 0.393 2.34 0.374 2.05 0.359 1.82 0.336 1.51 0.319 1.31 0.293 1.03 0.269 0.81 0.243 0.61 0.215 0.43 0.183 0.27 0.148 0.15 Bảng Ip(mA) 29.14 24.07 20.01 14.92 11.59 7.74 5.06 3.06 1.71 0.85 0.45 - Vẽ đồ thị Ip=h(P) Hình 3.21 SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 63 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn 4.3TRƢỜNG HỢP 3: Cường độ nguồn sáng không đổi Ta khảo sát biến thiên cường độ dòng quang điện pin phát theo khoảng cách từ nguồn sáng đến pin +Lắp ráp sơ đồ thí nghiệm theo sơ đồ mạch: K1 A + - VDC A V Đ V +_ RV R K2 Mạch khảo sát Mạch nguồn chiếu sáng +Tiến hành thí nghiệm: -Đặt nguồn sáng cách pin khoảng d=15cm -Bật Ampe kế để đo dòng điện chưa có nguồn sáng, ghi vào bảng -Điều chỉnh công suất đ n đến 6v -Bật khóa K1 cho đ n sáng, sau khoảng 10 giây bắt đầu đo -Tăng dần khoảng cách d từ nguồn sáng đến pin từ 15cm đến 25cm cách dịch chuyển pin xa lần tăng 1cm, điền số liệu vào bảng +Kết quả: Với: d: khoảng cách từ nguồn sáng đến pin I: Cường độ dòng điện qua pin I0: Cường độ dòng điện Ip Cường độ dòng điện pin quang điện SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 64 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn I0 = 0,115mA d(cm) 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 I(mA) 2.540 2.320 2.120 1.930 1.800 1.650 1.520 1.400 1.280 1.210 1.140 Bảng Ip(mA)=I - I0 2.625 2.305 2.005 1.815 1.685 1.535 1.405 1.285 1.165 1.095 1.025 -Dựa vào số liệu thu ta vẽ đường thực nghiệm: Hình 3.22 Đồ thị Ip=k(d) -Sơ đồ cho thấy hai giá trị Ip d tỉ lệ thuận nghịch với Cách khác để xác nhận giả định nhân hai giá trị với Nếu tích số liên tục cho tất cặp giá trị tỉ lệ thuận nghịch Nếu không tích số kiểm tra với d2, tức tích số hai giá trị phải số Ghi giá trị cần thiết vào bảng SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 65 Luận văn tốt nghiệp d(cm) 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Ip(mA) 2,625 2,305 2,045 1,855 1,685 1,535 1,405 1,285 1,165 1,095 1,015 GVHD: Lê Văn Nhạn I.d2 591 590 591 601 608 614 619 621 616 630 634 I.d 39 37 35 33 32 30 29 28 26 26 25 I.d3 8859 9441 10047 10818 11557 12280 13011 13682 14174 15137 15859 I.d4 114665 151060 170800 194730 219590 245600 273245 301018 326014 363294 396484 Bảng Nhận xét: Cột I.d không cung cấp giá trị số cột I.d3 I.d4 Chỉ có cột I.d2 bao gồm giá trị gần số Vì mối quan hệ I 1/d2 tìm thấy 4.4 ĐO ĐẠC CÔNG SUẤT PIN MẶT TRỜI TRONG THỰC TẾ 4.4.1 Thiết bị: a Pin quang điện SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 66 Luận văn tốt nghiệp Các thông số kĩ thuật đo đạt từ pin Mặt Trời thí nghiệm: Loại pin Công suất (W) Số lượng pin tích hợp Điện áp tiêu thụ cực đại (V) Điện áp hở mạch (V) Dòng điện tiêu thụ cực đại (mA) Dòng ngắn mạch (MA) Kích thước (mm) b.Biến trở có giá trị thay đổi từ 10Ω đến 100Ω GVHD: Lê Văn Nhạn Pin silic đơn tinh thể 4.5 72 18 19,2 259 239 250x185x35 c.Vôn kế d Ampe kế e Khóa K 4.4.2 Tiến hành thí nghiệm: - Lắp ráp mạch hình vẽ - Sơ đồ mạch điện K + _ RV SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 67 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn - Thay đổi giá trị R, đo lấy giá trị cường độ dòng điện I hiệu điện U qua biến trở, xác định công suất mạch điện Ta bảng Bảng Biểu diễn thay đổi công suất pin Mặt Trời theo tải tiêu thụ R(Ω) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 U(V) 16,60 16,25 15,96 15,45 14,79 13,77 11,50 9,06 6,78 I(mA) 153,00 166,91 182,10 201,00 226,2 245,80 235,70 257,5 258,30 P(W) 2,54 2,71 2,90 3,11 3,34 3,37 2,71 2,34 1,75 Hình 4.41 Đồ thị thể phụ thuộc công suất pin vào điện trở SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 68 10 4,95 257,00 1,27 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn PHẦN KẾT LUẬN Quá trình tìm hiểu lý thuyết giúp hiểu nhiều chất bán dẫn linh kiện quang bán dẫn Đặc biệt pin Mặt Trời Nó sử dụng nguồn điện cho thiết bị dùng không gian vũ trụ dùng để biến lượng ánh sáng Mặt Trời thành điện phục vụ cho sống người Trong luận văn này, thiết kế thí nghiệm với pin quang điện Từ thí nghiệm này, kiểm nghiệm số lý thuyết quang điện Thông qua hai trường hợp thí nghiệm, thấy luận văn kiểm nghiệm số lý thuyết quang điện sau: - Cường độ nguồn sáng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn đến vật Công suất nguồn sáng tỉ lệ với số photon phát đơn vị thời gian Kiểm chứng lại định luật xạ nhiệt “năng suất xạ cực đại vật dịch chuyển phía bước sóng ngắn nhiệt độ tăng” Thể tính chất lượng tử xạ, ánh sáng chiếu vào thõa hf > hf0 Trong trình tiến hành thí nghiệm, tìm nguyên nhân hạn chế tác nhân bên làm ảnh hưởng đến tính xác kết thí nghiệm việc gắn mặt nạ trước pin vào nguồn sáng Mặt khác, lựa chọn cải tiến dụng cụ thí nghiệm để thí nghiệm gọn nhẹ chi phí thấp Với thí nghiệm ta dùng thực hành vật lý cho sinh viên đại học học sinh trường phổ thông để kiểm chứng định luật quang điện  Hƣớng mở rộng: Với phương pháp bố trí thí nghiệm pin quang điện này, ta khảo sát đặc tuyến linh kiện quang bán dẫn khác như: quang trở, quang transitor, Điều tạo hướng mở cho bạn muốn nghiên cứu Quá trình thực đề tài giúp nắm vững cách tiến hành thiết kế chế tạo thí nghiệm để phục vụ cho việc giảng dạy trường phổ thông Mặ dù kiểm nghiệm khía cạnh nhỏ vật lý đạt khiến lạc quan tự tin Nó tạo tiền đề để sau tiếp tục nghiên cứu trường phổ thông giảng dạy SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 69 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Khiết – Vũ Thanh: Giáo trình điện đại cương-NXBGD-1970 [2] Charles Kittle: Mở đầu Vật lý chất rắn – NXB Khoa học Kỹ thuật [3] A.S Grove: vật lý công nghệ dụng cụ bán dẫn – Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 1978 [4] Tám –Trương Văn Giáo trình linh kiện điện tử: Đại học Cần Thơ-1993 [5] Trí – Dương Minh: Linh kiện quang điện tử - NXB Khoa học Kỹ thuật – 1998 [6] Pin Mặt Trời ưng dung-NXB Khoa học Kỹ thuật – 2006 SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 70 [...]... dùng hai công nghệ: nhiệt điện Mặt Trời và pin Mặt Trời hay pin quang điện Tôi sẽ tìm hiểu công nghệ thứ hai: pin quang điện Trong công nghệ pin quang điện, năng lượng Mặt Trời được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn Các pin Mặt Trời sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào có bức xạ Mặt Trời tới nó Các hệ thống pin Mặt Trời rất đơn giản, không có phần chuyển... thành một máy phát điện, cho công suất điện mạch ngoài hữu ích Thiết bị sử dụng hiệu ứng quang điện trong trên lớp bán dẫn pn để biến đổi trực tiếp năng lượng của ánh sáng Mặt Trời thành điện năng gọi là pin quang điện hay pin Mặt Trời.[1][2] 2 .PIN MẶT TRỜI 2.1 Tổng quan về pin Mặt Trời Năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng sạch và có thể coi là vô tận Một trong các kỹ thuật sử dụng năng lượng Mặt... các tuabin để sản xuất ra điện năng Còn trong công nghệ pin Mặt Trời (tế bào Mặt Trời), năng lượng Mặt Trời được trực tiếp biến đổi thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn, hay còn gọi là các pin Mặt Trời, được chế tạo từ các vật liệu bán dẫn điện Các pin Mặt Trời sản xuất ra điện năng một các liên tục chừng nào còn có bức xạ Mặt Trời tới nó Các hệ thống năng lượng pin Mặt Trời rất đơn giản,... nghiên cứu, phát triển và ứng dụng Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) , là thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diode p-n, dưới sự hiện diện của ánh sángmặt trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện Các pinnăng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới,... tiết về hiệu ứng quang điện Ở mỗi tần số bức xạ và mỗi kim loại, cường độ dòng quang điện (cường độ dòng điện tử phát xạ do bức điện từ) tỷ lệ thuận với cường độ chùm sáng tới Với mỗi kim loại tồn tại một tần số tối thiểu của bức xạ điện từ mà ở dưới tần số đó, hiện tượng quang điện không xảy ra Tần số này được gọi là tần số ngưỡng, hay giới hạn quang điện của kim loại đó Giới hạn quang điện của các kim... vật liệu bán dẫn chỉ hấp thụ ánh sáng đơn sắc cho dòng quang điện hữu ích Và chỉ có những quang tử có năng lượng lớn hơn độ rộng vùng cấm mới đóng vai trò biến đổi năng lượng Những quang tử còn lại chỉ tạo nhiệt năng tỏa vào mạng tinh thể Khoảng cách vùng cấm càng bé thì thì số quang tử hữu ích biến thành điện năng càng lớn, nhưng điện thế quang điện càng bé, hiệu suất biến đổi là tỷ lệ công suất hiệu... cứu nguyên lí hoạt động và cấu tạo, các đặc trưng cơ bản của pin Mặt Trời 1 LÝ THUYẾT VỀ TẾ BÀO QUANG ĐIỆN 1.1.Hiệu ứng quang điện HIệu ứng quang điện là một hiện tượng điện- lượng tử, trong đó các điện tử được thoát ra khỏi vật chất sau khi hấp thụ năng lượng từ các bức xạ điện từ Hiện tượng: Khi bề mặt của tấm kim loại bị chiếu bởi bức xạ điện tử có tần số lớn hơn một tần số ngưỡng(tần số ngưỡng này... pin quang điện được đã và đang được quan tâm phát triển hàng đầu SVTH: Hồ Thanh Hương Ngành SP Vật lý – Công nghệ 8 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Nhạn CHƢƠNG 2 .PIN MẶT TRỜI Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và có thể nói là vô tận Một trong các kỹ thuật sử dụng nguồn năng lượng này là sản xuất điện năng điện Mặt Trời Để sản xuất điện Mặt Trời người ta dùng hai công nghệ: nhiệt điện Mặt... khi chiếu sáng vật rắn, điện tử ở vùng hóa trị hấp thụ năng lượng photon hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử - lỗ trống e- và h+, tức là đã tạo ra một điện thế Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng quang điện trong 1.3 Hiệu suất của quá trình biến đổi quang- điện Từ các trình bày ở trên, ta có thể xác định được giới hạn lí thuyết của hiệu suất ŋ biến đổi năng lượng quang điện của hệ thống hai... → λ +dλ; hc/λ là năng lượng của photon Tử số của biểu thức là năng lượng hữu ích mà điện tử hấp thụ từ photon trong quá trình quang điện, còn mẫu số là tổng năng lượng các photon tới hệ Như vậy, ŋ là hàm số của Eg (vì λc cũng là hàm của Eg) Năng lượng tổn hao trong một quá trình biến đổi quang điện chủ yếu do các nguyên nhân sau: -Các photon có năng lượng hγ< Eg hay λ>λc không bị điện tử hấp thụ để ... pin Mặt Trời hay pin quang điện Tôi tìm hiểu công nghệ thứ hai: pin quang điện Trong công nghệ pin quang điện, lượng Mặt Trời biến đổi trực tiếp thành điện nhờ tế bào quang điện bán dẫn Các pin. .. thành máy phát điện, cho công suất điện mạch hữu ích Thiết bị sử dụng hiệu ứng quang điện lớp bán dẫn pn để biến đổi trực tiếp lượng ánh sáng Mặt Trời thành điện gọi pin quang điện hay pin Mặt Trời.[1][2]... dụng Pin lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) , thiết bị bán dẫn chứa lượng lớn diode p-n, diện ánh sángmặt trời có khả tạo dòng điện sử dụng Sự chuyển đổi gọi hiệu ứng quang điện