PMT (hay pin quang điện, tế bào quang điện) là thiết bị bán dẫn chứa lƣợng lớn các diode p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng Mặt Trời có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng đƣợc. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện. Các PMT có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lƣới chƣa vƣơn tới, các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nƣớc...PMT (tạo thành các module hay các tấm NLMT) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lƣới điện. Hiệu ứng quang điện đƣợc phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lƣợng mới đƣợc tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl xem là ngƣời tạo ra pin NLMT đầu tiên năm 1946. Sven Ason Berglund đã có phƣơng pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của PMT. Hiện nay hiệu suất của PMT đã đƣợc cải thiện đáng kể. Cụ thể là các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Vật liệu Khoa học và Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Empa vừa có một bƣớc tiến lớn trong việc tăng hiệu suất chuyển đổi của các tấm PMT linh hoạt chế tạo trên cơ sở hệ vật liệu Cu, In, Ga, Se (CIGS) lên mức kỷ lục mới: 18,7% một sự cải thiện đáng kể so với kỷ lục 17,6% đƣợc lập vào tháng 6/2000 cũng bởi nhóm nghiên cứu này. Kết quả đo đạc đã đƣợc chứng nhận một cách độc lập bởi Viện NLMT Frauhofer ở Freiburg (Đức). Việc tăng hiệu suất PMT sẽ mang tới nhiều lợi ích kinh tế. Để điện Mặt Trời trở nên hợp túi tiền với nhiều ngƣời, các nhà khoa học và kỹ sƣ trên thế giới từ lâu đã cố gắng phát triển PMT chi
GVHD: TS. TRẦN TIẾN PHỨC SVTH: HUỲNH VĂN THỌ
phí thấp, hiệu suất cao, và dễ dàng sản xuất. Giờ đây một nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm màng mỏng và quang vontaic của Empa đã đạt đƣợc một bƣớc tiến quan trọng. Ông Ayodhya N.Tiwari ngƣời đứng đầu nhóm nghiên cứu phát biểu: “Kỷ lục mới 18,7% của các PMT linh hoạt CIGS gần nhƣ thu hẹp hoàn toàn khoảng cách về hiệu suất giữa PMT màng mỏng tinh thể silicon (Si) và PMT màng mỏng CIGS”. Ông tin rằng những tấm PMT CIGS linh hoạt và nhẹ với hiệu suất có thể so sánh đƣợc với những tấm PMT tốt nhất sẽ có tiềm năng rất lớn cho phép tạo ra điện Mặt Trời chi phí thấp nhất trong tƣơng lai.
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
1. Photon xuyên qua mảnh silic. Điều này thƣờng xảy ra khi năng lƣợng của photon thấp hơn năng lƣợng đủ để đƣa các hạt electron lên mức năng lƣợng cao hơn.
2. Năng lƣợng của photon đƣợc hấp thụ bởi silic. Điều này thƣờng xảy ra khi năng lƣợng của photon lớn hơn năng lƣợng để đƣa electron lên
mức năng lƣợng cao hơn. Hình 2. 2. Hiệu ứng quang điện [13] Khi photon đƣợc hấp thụ, năng lƣợng của nó đƣợc truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể. Thông thƣờng các electron này lớp ngoài cùng, và thƣờng đƣợc kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi electron đƣợc kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là "lỗ trống". Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào "lỗ trống", điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống". Cứ tiếp tục
GVHD: TS. TRẦN TIẾN PHỨC SVTH: HUỲNH VĂN THỌ
nhƣ vậy “lỗ trống” di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn tạo ra một dòng điện liên tục trong mạch kín.
Một photon chỉ cần có năng lƣợng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của Mặt Trời thƣờng tƣơng đƣơng 6000°K, vì thế nên phần lớn NLMT đều đƣợc hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết NLMT chuyển đổi thành năng lƣợng nhiệt nhiều hơn là năng lƣợng điện sử dụng đƣợc do đó công nghệ sản xuất PMT vẫn đang đƣợc các nhà khoa học trên toàn thế giới tiếp tục nghiên cứu để nâng cao hiệu suất chuyển đổi này.
“Hiện nay các nhà khoa học Châu Âu đã nghiên cứu thành công công nghệ sản xuất tấm PMT bằng chất dẻo PV” [5]. Vật liệu này có ƣu điểm rẻ, nhẹ, có tính thẩm mỹ cao và dễ dàng lắp đặt hơn so với chất liệu silicon dùng để sản xuất PMT phổ biến hiện nay. Các nhà khoa học hy vọng công nghệ này sẽ mở ra một cuộc cách mạng trong thị trƣờng năng lƣợng điện Mặt Trời trong tƣơng lai gần. “Nếu chế tạo ra đƣợc một tấm pin Mặt Trời có thể thể cuốn tròn nhƣ một tờ giấy dán tƣờng khổng lồ và có giá thành rẻ, đó sẽ là một sự lựa chọn phù hợp với các nƣớc đang phát triển”, giáo sƣ David Lidzey, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết trên tờ Daily Mail.
Hiện tại, công ty Konarka (Mỹ) đã bắt đầu ứng dụng công nghệ mới này để chế tạo các sản phẩm cho khách hàng và lắp đặt những tấm pin Mặt Trời bằng chất dẻo PV ở tất cả văn phòng của công ty này tại bang Florida. Ngoài ra, công ty Konarka cũng sử dụng các tấm pin Mặt Trời loại mới để làm mái nhà chờ xe buýt và sắp tới là các công trình công cộng ngoài trời khác.
Mặc dù ƣu điểm của chất dẻo PV là rẻ, không dẫn điện và truyền nhiệt, nhƣng công nghệ sản xuất tấm pin Mặt Trời làm bằng loại vật liệu này vẫn cần đƣợc cải tiến hơn nữa trƣớc khi áp dụng rộng rãi. Lí do là vì, hiệu năng của tấm pin Mặt Trời làm bằng chất dẻo PV chỉ đạt 8% một hiệu suất tƣơng đối thấp, trong khi chỉ số này của vật liệu silicon là khoảng 18%. Ngoài ra, một nhƣợc điểm nữa của tấm pin Mặt Trời làm bằng chất dẻo PV là độ bền kém, rất nhanh bị thoái hóa khi bị đặt ở ngoài trời.
GVHD: TS. TRẦN TIẾN PHỨC SVTH: HUỲNH VĂN THỌ