Năng lượng mặt trời - Hiệu ứng quang điện
Điều cần thiết là chúng ta phải có một số kiến thức cơ bản về Tiếp điểm PN trước khi chuyển sang tìm hiểu khái niệm Hiệu ứng quang điện.
Giao lộ PN
PN Junction được phát minh bởi phòng thí nghiệm Russell of Bell ở Hoa Kỳ. Nó đề cập đến một điểm nối giữa hai chất bán dẫn, đó là loại P và loại N. Russell đã phát hiện ra rằng hai chất bán dẫn có một hành vi thú vị ở chỗ nối chỉ gây ra sự dẫn điện theo một hướng.
Chất bán dẫn loại P có các lỗ trống (không có electron) là hạt mang điện tích đa số. Một chất bán dẫn Ntype có các điện tử là hạt tải điện đa số.
Trong sơ đồ được đưa ra ở trên, tại đường giao nhau -
Các điện tích phụ khuếch tán qua các điểm nối ngược chiều sao cho cực dương ở phía p thu được điện tích âm và trung hòa chúng.
Tương tự, các âm ở phía N thu được các điện tích dương và trung hòa chúng.
Điều này tạo thành một biên (m) ở hai bên khi phụ phí bị cạn kiệt để làm cho vùng này trở nên trung tính và ở trạng thái cân bằng. Vùng này được gọi làdepletion layer và không tính phí từ hai bên giao nhau.
Lớp suy giảm cung cấp một rào cản tiềm năng và do đó yêu cầu điện áp bên ngoài để vượt qua nó. Quá trình này được gọi làbiasing.
Để tiến hành, trong forward biasing, điện áp đặt vào sẽ bơm các electron (âm) từ tiếp giáp n về phía p của tiếp giáp. Dòng điện liên tục đảm bảo chuyển động liên tục của các electron để lấp đầy các lỗ trống, do đó dẫn truyền qua lớp suy giảm.
Đảo ngược điện áp đặt vào, trong một quá trình được gọi là reverse biasing, làm cho các lỗ trống và các điện tử bị lệch nhau, làm tăng lớp suy giảm.
Một tải bên ngoài được kết nối với một pin mặt trời có đầu cực dương được kết nối với các tấm wafer phía N và cực âm với các tấm wafer phía P. Sự khác biệt tiềm ẩn được tạo ra bởiphotovoltaic hiệu ứng.
Dòng điện thu được bởi các electron bị dịch chuyển bởi các photon không đủ để tạo ra sự khác biệt đáng kể về điện thế. Do đó, dòng điện được chứa để gây ra những va chạm sâu hơn và giải phóng nhiều electron hơn.
Hiệu ứng quang điện
Pin mặt trời sử dụng khái niệm điểm tiếp giáp pn để thu năng lượng mặt trời. Hình dưới đây cho thấy mức fermi của một chất bán dẫn.
Để một chất bán dẫn dẫn điện, các electron phải vượt qua khe năng lượng từ vùng hóa trị đến vùng dẫn. Các electron này cần một số năng lượng để bật ra và di chuyển qua khoảng trống hóa trị. Trong pin mặt trời, các photon phát ra từ Mặt trời cung cấp năng lượng cần thiết để vượt qua khoảng trống.
Một sự cố photon trên bề mặt có thể bị hấp thụ, phản xạ hoặc truyền đi. Nếu nó bị phản xạ hoặc truyền đi, nó không giúp đánh bật electron và do đó bị lãng phí. Do đó, một photon phải được hấp thụ để cung cấp năng lượng cần thiết để đánh bật và di chuyển các electron qua khoảng trống hóa trị.
Nếu E ph là năng lượng của một photon và EG là năng lượng ngưỡng để vượt qua khoảng trống năng lượng, thì các kết quả có thể xảy ra, khi photon chạm vào bề mặt của chất bán dẫn là:
Eph < EG - Trong trường hợp này, photon không đạt được ngưỡng và sẽ chỉ đi qua.
Eph = EG - Photon có ngưỡng chính xác để đánh bật một electron và tạo ra một cặp electron lỗ trống.
Eph > EG- Năng lượng photon vượt ngưỡng. Điều này tạo ra một cặp electron-lỗ trống, mặc dù nó là một sự lãng phí, vì electron di chuyển trở lại khoảng trống năng lượng.
Hấp thụ bức xạ mặt trời
Trong hầu hết các trường hợp, hệ số hấp thụ của chất bán dẫn được sử dụng để xác định hiệu suất hấp thụ năng lượng từ Mặt trời. Hệ số thấp có nghĩa là khả năng hấp thụ kém. Do đó, một photon đi được bao xa là hệ số của cả hệ số hấp thụ ( α ) và bước sóng của bức xạ ( λ ).
$$ \ alpha \: = \: \ frac {4 \ pi k} {\ lambda} $$
Trong đó, k là hệ số tắt.