Tế bào quang điện

Tế bào quang điện được chia thành ba nhóm chính dựa trên chất liệu và công nghệ sản xuất:

1. Tế bào quang điện Silicon (Si) – Công nghệ truyền thống
2. Tế bào quang điện màng mỏng – Nhẹ, linh hoạt, chi phí thấp
3. Tế bào quang điện tiên tiến – Hiệu suất cao, ứng dụng đặc biệt

Mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể.

---

1. Tế Bào Quang Điện Silicon – Hiệu Suất Cao, Ổn Định

Chất Liệu

• Sử dụng silicon tinh thể – vật liệu bán dẫn phổ biến nhất trên thị trường, chiếm khoảng 95% tổng sản lượng tế bào quang điện toàn cầu.
• Có hai loại chính:
  1. Silicon đơn tinh thể (Monocrystalline Si – mono-Si)
  2. Silicon đa tinh thể (Polycrystalline Si – poly-Si)

Công Nghệ Sản Xuất

Bước 1: Sản Xuất Silicon Tinh Khiết

• Silicon từ cát thạch anh (SiO₂) được tinh chế qua quá trình Czochralski hoặc quá trình Siemens để loại bỏ tạp chất.
• Silicon nóng chảy được kéo thành thỏi đơn tinh thể (mono-Si) hoặc đúc thành khối đa tinh thể (poly-Si).

Bước 2: Cắt Lát Silicon

• Mono-Si được cắt thành tấm mỏng (wafer) bằng dây cưa kim cương, giúp tăng độ chính xác và giảm lãng phí.
• Poly-Si được cắt từ các khối silicon lớn hơn, ít tốn kém hơn nhưng hiệu suất thấp hơn.

Bước 3: Tạo Tiếp Giáp p-n

• Bằng cách phốt pho hóa lớp trên cùng của silicon (tạo lớp n) và bo hóa lớp dưới (tạo lớp p).

Bước 4: Phủ Lớp Chống Phản Xạ

• Giúp hấp thụ nhiều ánh sáng hơn và giảm thất thoát quang năng.

Bước 5: Gắn Điện Cực và Lắp Ráp Thành Mô-đun

• Các tế bào được kết nối bằng dây dẫn kim loại để tạo thành tấm pin mặt trời hoàn chỉnh.

Đặc Điểm

Loại	Hiệu suất	Tuổi thọ	Ứng dụng
Mono-Si	20-25%	25-30 năm	Nhà ở, thương mại, điện mặt trời quy mô lớn
Poly-Si	15-20%	20-25 năm	Dự án năng lượng mặt trời giá rẻ, trang trại điện mặt trời

📌 Ưu điểm: Hiệu suất cao, tuổi thọ dài, ổn định.
📌 Nhược điểm: Chi phí sản xuất cao, tốn nhiều năng lượng trong quá trình chế tạo.

---

2. Tế Bào Quang Điện Màng Mỏng – Nhẹ, Linh Hoạt, Dễ Triển Khai

Chất Liệu

• Cadmium Telluride (CdTe)
• Copper Indium Gallium Selenide (CIGS)
• Silicon vô định hình (a-Si)

 

Công Nghệ Sản Xuất

Phương Pháp Lắng Đọng Hơi Hóa Học (Chemical Vapor Deposition – CVD)

• Chất bán dẫn được phun dưới dạng hơi lên lớp nền kính hoặc nhựa mỏng.
• Tiết kiệm vật liệu hơn so với công nghệ silicon.

Cấu Trúc Lớp Của Tế Bào Màng Mỏng

1. Lớp nền (substrate): Kính hoặc nhựa dẻo.
2. Lớp hấp thụ ánh sáng (active layer): CdTe, CIGS hoặc a-Si.
3. Lớp tiếp xúc điện (contact layer): Giúp thu thập và dẫn điện.

Đặc Điểm

Loại	Hiệu suất	Độ linh hoạt	Ứng dụng
CdTe	10-15%	Cứng	Trang trại năng lượng mặt trời
CIGS	13-18%	Linh hoạt	Tấm pin dán trên bề mặt cong
a-Si	6-12%	Rất linh hoạt	Thiết bị di động, đồng hồ, máy tính bỏ túi

📌 Ưu điểm: Chi phí thấp, trọng lượng nhẹ, có thể uốn cong.
📌 Nhược điểm: Hiệu suất thấp hơn silicon, tuổi thọ ngắn hơn.

---

3. Tế Bào Quang Điện Tiên Tiến – Công Nghệ Đột Phá Trong Tương Lai

Bao gồm các loại tế bào có hiệu suất cao nhất hiện nay:

3.1. Tế Bào Đa Tiếp Giáp (Multi-Junction – MJ)

📌 Chất liệu: Gallium Arsenide (GaAs), InGaP, Ge.
📌 Công nghệ: Sử dụng nhiều lớp bán dẫn để hấp thụ ánh sáng ở nhiều bước sóng.
📌 Hiệu suất: Đạt 47,6% khi kết hợp với hệ thống tập trung ánh sáng (CPV).
📌 Ứng dụng: Vệ tinh, tàu vũ trụ, nhà máy điện mặt trời tập trung (CSP).

3.2. Tế Bào Perovskite – Silicon Lai

📌 Chất liệu: Perovskite + Silicon.
📌 Công nghệ: Sử dụng lớp perovskite phủ lên trên tế bào silicon để nâng cao hiệu suất.
📌 Hiệu suất: Đạt 47,6% (kỷ lục thế giới năm 2022).
📌 Ứng dụng: Tiềm năng thay thế silicon trong tương lai.

3.3. Tế Bào Hữu Cơ (Organic PV – OPV)

📌 Chất liệu: Polymer hữu cơ dẫn điện.
📌 Công nghệ: Dễ sản xuất, có thể in 3D.
📌 Hiệu suất: ~19,7% (đang cải tiến).
📌 Ứng dụng: Tích hợp vào quần áo, cửa sổ thông minh, thiết bị di động.

📌 Ưu điểm: Hiệu suất cực cao, phù hợp với môi trường khắc nghiệt.
📌 Nhược điểm: Chi phí đắt đỏ, khó sản xuất hàng loạt.