Pin có một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng chất bán dẫn loại p. Có thể tạo ra lớp này bằng cách cho khuếch tán một tạp chất thích hợp vào lớp bề mặt của lớp bán dẫn loại n. Trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng. Dưới cùng là một đế kim loại. Các kim loại này cùng đóng vai trị các điện cực trơ.
Electron sẽ khuếch tán từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p, để lại những lỗ trống dương. Các electron này vẫn có liên kết với các lỗ trống tạo thành một lớp gọi là lớp tiếp xúc p – n. Trong lớp tiếp xúc này có điện trường Etx hướng từ dương sang âm, tức là hướng từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p. Điện trường Etx ngăn cản sự khuếch tán của electron từ n sang p và lỗ trống từ p sang n. Vì vậy người ta cịn gọi lớp tiếp xúc này là lớp chặn.
Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang dẫn vào lớp kim loại mỏng phía trên cùng thì ánh sáng sẽ đi xun qua lớp này vào lớp bán dẫn loại p, gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp electron và lỗ trống. Electron khuếch tán dễ dàng từ p sang n qua lớp chặn. Cịn lỗ trống thì bị chặn lại và ở lại trong
37
lớp p. Kết quả là điện cực kim loại mỏng ở trên sẽ nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin, còn đế kim loại ở phần dưới sẽ nhiễm điện âm và trở thành điện cực âm của pin.
Nếu nối hai điện cực bằng một dây dẫn thơng qua một ampe kế thì sẽ có dịng quang điện chạy từ cực dương sang cực âm. Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng từ 0,5V đến 0,8V. Vậy nguyên tắc hoạt động của pin quang điện là dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn. Pin quang điện đã được dùng làm nguồn điện cho các trạm nghiên cứu và cho sinh hoạt ở những nơi khó khăn cho việc dẫn điện lưới đến như: núi cao, hải đảo, các phương tiện lưu động, vệ tinh nhân tạo, trạm vũ trụ...
Để tránh gây ô nhiễm môi trường, người ta đã nghiên cứu thay thế các động cơ chạy xăng ở ôtô, máy bay... bằng các động cơ chạy bằng pin quang điện. Người ta sử dụng Pin quang điện để biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng (Solar Cell). Nếu dùng pin quang điện bằng chất bán dẫn Silic, hiệu suất của nó có thể đạt đến 14-15%. Người ta tính được trên diện tích 1m2 của pin quang điện được ánh sáng chiếu tới ta có thể nhận được một cơng suất điện là 100W và như vậy với diện tích của một mái nhà trung bình ta có đủ điện năng để thỏa mãn mọi tiện nghi cho một gia đình. Tuy nhiên, về giá thành của các Pin quang điện hiện nay còn tương đối khá đắt so với các nguồn năng lượng khác.
Nguyên lý hoạt động: