Bài viết này cung cấp tổng quan về các vật liệu được sử dụng để sản xuất tế bào quang điện để sản xuất năng lượng tái tạo, cũng như nghiên cứu mới đề xuất sử dụng các vật liệu mới.
Tế bào quang điện mặt trời là một công nghệ năng lượng tái tạo có tiềm năng đáng kể để giải quyết những thách thức năng lượng hiện có. Quang điện mặt trời đáng tin cậy, sạch, có thể mở rộng, cung cấp năng lượng với giá cả phải chăng và hiệu quả về chi phí trong dài hạn.
Các quốc gia như Trung Quốc, Nhật Bản, Hoa Kỳ, Đức và Vương quốc Anh đang chuyển hướng sang các vật liệu quang điện mới để cải thiện hiệu suất của các hệ thống năng lượng mặt trời hiện có. Bài viết này xem xét các vật liệu quang điện mặt trời khác nhau và cũng thảo luận về những phát triển gần đây trong pin mặt trời.
Quang điện mặt trời là vật liệu bán dẫn hấp thụ năng lượng và chuyển nó cho các electron khi tiếp xúc với ánh sáng. Năng lượng hấp thụ này cho phép các điện tử chạy qua dải băng của vật liệu như một dòng điện. Hơn nữa, dòng điện này được chiết xuất thông qua các tiếp điểm kim loại dẫn điện và được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các nguồn điện khác nhau.
Vật liệu được sử dụng để sản xuất tế bào quang điện
Thế hệ mô-đun quang điện mặt trời đầu tiên được làm từ silicon với cấu trúc tinh thể, và silicon vẫn là một trong những vật liệu được sử dụng rộng rãi trong công nghệ quang điện mặt trời. Các nghiên cứu về vật liệu silicon không ngừng phát triển, chủ yếu tập trung vào việc nâng cao hiệu quả và tính bền vững của nó. Silicon đơn tinh thể và đa tinh thể là hai loại silicon tinh thể cơ bản nhất được sử dụng trong quang điện mặt trời.
Vật liệu silicon đơn tinh thể được sử dụng vì hiệu quả cao hơn so với vật liệu silicon đa tinh thể. Ưu điểm của vật liệu silicon đa tinh thể là chúng ít tốn kém hơn, do đó được các nhà sản xuất sử dụng cho các hệ thống năng lượng mặt trời chi phí thấp.
Silic vô định hình là một dạng silic dị hướng không tinh thể đã được sử dụng rộng rãi trong quang điện mặt trời. Nó là công nghệ màng mỏng được sử dụng phổ biến nhất, nhưng hạn chế của loại vật liệu này là dễ bị biến chất. Cacbua silic vô định hình, silic germani vô định hình, silic vi tinh thể và nitrit silic vô định hình là các loại silic vô định hình khác nhau được sử dụng.
Cadmium và tellurium cũng được sử dụng để phát triển quang điện mặt trời. Chúng được trộn theo một tỷ lệ cụ thể để phát triển pin mặt trời cadmium Telluride và được coi là vật liệu màng mỏng hiệu quả nhất do dải tần lý tưởng là 1,45 eV và độ ổn định lâu hơn.
Hợp chất quang điện mặt trời bán dẫn được chế tạo bằng cách sử dụng gali và arsenide. Chúng tương tự như tế bào silicon nhưng hiệu quả hơn, mỏng hơn và ít đặc hơn so với tế bào silicon đơn tinh thể và đa tinh thể.
Nhôm, antimon và chì cũng được sử dụng trong quang điện mặt trời để cải thiện dải năng lượng. Sự cải tiến trong dải năng lượng là kết quả của việc hợp kim silic với nhôm, antimon hoặc chì và phát triển quang điện mặt trời đa điểm nối. Các vật liệu khác được sử dụng để phát triển quang điện mặt trời tiên tiến là đồng, indium, gali và selenua, và chúng chủ yếu được sử dụng để cải thiện hiệu suất và loại bỏ nhiệt của quang điện mặt trời.
Ống nano carbon (CNT) là một loại vật liệu nano được sử dụng trong quang điện mặt trời để cải thiện các đặc tính của chúng. Việc áp dụng CNT cho phép các nhà sản xuất phát triển vật liệu dây dẫn trong suốt và cung cấp dòng điện được cải thiện. CNT được sử dụng trong quang điện mặt trời có cấu trúc carbon mạng lục giác và chuyển đổi tới 75% năng lượng mặt trời thành năng lượng điện.
Thuốc nhuộm hữu cơ cũng là một vật liệu tiềm năng trong quang điện mặt trời mới để phát triển dải tần rộng hơn. Việc sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ tạo điều kiện cho sự phát triển của quang điện mặt trời bền vững vì các vật liệu vô cơ đang gặp khó khăn trong việc tái chế và tái sử dụng. TiO 2 cũng được sử dụng trong quang điện mặt trời mới để cải thiện hiệu suất và loại bỏ nhiệt.
Tế bào quang điện mặt trời lai được phát triển bằng cách kết hợp silicon tinh thể và không kết tinh. Mặc dù chúng có hiệu suất cao hơn so với pin mặt trời thông thường, nhưng quá trình sản xuất của chúng rất phức tạp.
Nghiên cứu gần đây
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Solar RRL , các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc đã xem xét các vật liệu quang điện mặt trời có thể được sử dụng với các công trình dân dụng để tạo ra năng lượng mà không cần thiết lập thêm. Các vật liệu được các nhà nghiên cứu xem xét chủ yếu được làm bằng dung môi hữu cơ và trong suốt. Quang điện mặt trời trong suốt có thể được sử dụng trên các khu vực như cửa sổ và các bức tường bên ngoài để tạo ra năng lượng.
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nano-Select , các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc đã thảo luận về thiết kế của các tấm pin mặt trời linh hoạt. Vật liệu được sử dụng để phát triển các tấm pin mặt trời linh hoạt là dung môi hữu cơ, vật liệu sợi nano và dây nano kim loại. Các tấm pin mặt trời linh hoạt được sử dụng trong một loạt các ứng dụng như điện tử linh hoạt, ô tô và các ứng dụng vũ trụ.
Kết luận
Năng lượng mặt trời được coi là một công nghệ năng lượng tái tạo đáng kể và có thể thay thế các nguồn năng lượng không thể tái tạo. Tế bào quang điện mặt trời có nhiệm vụ biến đổi quang năng thành năng lượng điện và là thành phần quan trọng của hệ thống năng lượng mặt trời.
Việc sử dụng các vật liệu mới cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống năng lượng mặt trời và cho phép ứng dụng của nó trong các lĩnh vực mới. Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào các vật liệu có thể tạo ra quang điện mặt trời với chi phí hiệu quả và bền vững.
Xem thêm: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời
