Ở trường hợp pin quang điện húa vừa trỡnh bày, quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng để sử dụng nhưng khụng tớch trữ được (giống như pin mặt trời chất rắn khi được chiếu sỏng mới hoạt động và để tớch trữ cần nạp điện năng vào ắc quy). Bằng con đường quang điện húa cho phộp
ta tớch trữ quang năng bằng cỏch biến đổi thành húa năng và lưu giữ ở
dạng "sản phẩm điện cực", khi sử dụng mới xẩy ra quỏ trỡnh biến đổi húa
năng thành điện năng. Đú chớnh là nguyờn lý làm việc của ắc quy quang
điện húa. Việc tớch trữ (khi cú chiếu sỏng) và phúng điện (khụng phụ
thuộc vào chiếu sỏng) được thực hiện theo chu kỳ nạp/phúng nhiều lần. Hỡnh II.47 mụ tả sơđồ nguyờn lý cấu tạo của một ắc quy quang điện húa.
Bỏn dẫn n Redox1 Redox 2 Pt
Hỡnh II.47. Ắc quy quang điện húa
Khỏc với pin quang điện húa, bỡnh ắc quy cú chứa 2 cặp redox, được
ngăn cỏch với nhau bởi một vỏch ngăn thẩm thấu để khụng bị trộn lẫn. Điều kiện đểắc quy hoạt động là 2 cặp redox 1 và 2 được chọn sao cho cú mức chờnh lệch EF, redox là đỏng kể:
ΔF = EF, redox 2 - EF, redox 1 (II.52) với E F, redox 2 õm hơn EF, redox 1.
Thụng thường với bỏn dẫn sử dụng cú Eg = 1,2...1,5V và để cú hiệu
điện thế hở mạch cực đại ΔΦ = 0,5...0,7V, thỡ độ chờnh lệch cần cú của mức Fermi của 2 cặp redox ΔF ≈ 0,7 V.
• Hoạt động của ắc quy quang điện húa thực chất là một nguồn điện tớch trữ năng lượng ở hệ redox. Thật vậy, ta cú thể minh họa cơ chế làm việc của ắc quy sử dụng bỏn dẫn n và 2 cặp redox Fe2+/ Fe3+ và Ce3+/ Ce4+ được mụ tả trờn hỡnh II.48 như sau:
Hỡnh II.48. a- Ắc quy quang điện húa 3 điện cực b- Ắc quy quang điện húa n-p
Khi chiếu sỏng, quỏ trỡnh nạp năng lượng được thực hiện bắt đầu bởi: hν≥ Eg ec- +
hv+
Bán dẫn n hv+ (II. 52)
Lỗ trống h+ vận chuyển ra bề mặt tham gia phản ứng oxi húa:
h+ + Ce3+ Ce4+ ( tại mức EF, Ce3+/ Ce4+) Cũn điện tử e– từ vựng dẫn qua mạch ngoài sang điện cực kim loại để tham gia phản ứng khử:
e– + Fe3+ Fe2+ ( tại mức EF, Fe2+/ Fe3+) Phản ứng quang oxi húa - khử tổng quỏt:
Fe3+ + Ce3+ ΔF
Fe2+ + Ce4+
với ΔF = EF(Fe2+/ Fe3+) - EF(Ce3+/ Ce4+) = 0,62 eV
Năng lượng photon hấp thụ tương đương được nạp ở hệ redox.
Khi phúng điện qua tải trong điều kiện lý tưởng một năng lượng tương ứng sẽđược giải phúng. Tuy nhiờn cần lưu ý đặc thự ởắc quy quang điện húa, đú là tại hệđiện cực bỏn dẫn/dung dịch luụn luụn tồn tại một rào thế ngăn cản quỏ trỡnh phúng điện ngược trong tối. Do đú để giải phúng năng lượng cho nhu cầu sử dụng ta cần cú thờm một điện cực kim loại phụ ở ngăn anot. Điện cực kim loại sẽ nhận giỏ trị EF cõn bằng của cặp redox Ce3+/ Ce4+. Quỏ trỡnh phúng điện trờn tải sẽ xảy ra qua hệ điện cực phụ cho tới khi nào sức điện động trở về khụng. Ta cú thể suy luận tương tự cho trường hợp ắc quy quang điện húa sử dụng cả hai điện cực đều là bỏn dẫn (p & n) trờn sơđồ hỡnh II.48.b. Mạch phúng điện ở trường hợp được thực hiện nhờ 2 điện cực phụ kim loại.