Công nghệ pin năng lượng mặt trời

Các loại pin năng lượng mặt trời

Cơ sở về tấm pin mặt trời

Các đặc tính bán dẫn đặc biệt cho tế bào quang điện giới hạn nguyên liệu thô mà chúng có thể được sản xuất.

Silicon là vật liệu phổ biến nhất, nhưng các tế bào sử dụng CdTe và CIGS/CIS cũng khả thi. Các công nghệ PV mới nổi như tế bào hữu cơ được làm từ polyme. Tuy nhiên, chúng vẫn chưa có sẵn trên thị trường.

Mỗi vật liệu có những đặc điểm độc đáo ảnh hưởng đến hiệu suất của tế bào, phương pháp sản xuất và chi phí.

Các tế bào quang điện có thể dựa trên các tấm bán dẫn silicon (được sản xuất bằng cách cắt các tấm bán dẫn từ một khối silicon dạng thỏi rắn) hoặc các công nghệ “màng mỏng” trong đó một lớp vật liệu bán dẫn mỏng được lắng đọng trên các chất nền chi phí thấp.

Các tế bào PV có thể được đặc trưng thêm theo cấu trúc tầm xa của vật liệu bán dẫn, “đơn tinh thể”, “đa tinh thể” (còn được gọi là “đa tinh thể”) hoặc vật liệu “vô định hình” ít sắp xếp hơn.

Các công nghệ sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời được sử dụng phổ biến nhất:

• Silicon tinh thể (c-Si): Các mô-đun được làm từ các tế bào siliconđơn tinh thể hoặc đa tinh thể.

Các tế bào mono-c-Si nói chung là hiệu quả nhất, nhưng cũng đắt

hơn nhiều tế bào đa c-Si.

• Màng mỏng: Các mô-đun được chế tạo bằng màng mỏng sự lắng đọng của một chất bán dẫn lên một chất nền. Đây loại bao gồm các chất bán dẫn được làm từ:
  • Silic vô định hình (a-Si).
  • Cadmium Telluride (CdTe).
  • Đồng Indium Selenua (CIS).
  • Đồng Indi (Gallium) Di-Selenua (CIGS/CIS).
• Tiếp giáp dị thể với lớp màng mỏng bên trong (HIT): Các mô- đun bao gồm một tấm bán dẫn c-Si đơn mỏng được bao quanh bởi các lớp a-Si siêu mỏng.

Do chi phí sản xuất giảm và sự trưởng thành của công nghệ, các mô-đun tinh thể dựa trên dạng mỏng dự kiến sẽ duy trì thị phần lên tới 80% cho đến ít nhất là năm 2017. Các mô-đun màng mỏng (17%) và hiệu suất cao (3%) được kỳ vọng sẽ chiếm 20% còn lại.

Công nghệ Pin mặt trời

Hiệu suất tấm pin

Modul PV silicon tinh thể

Mô-đun C-Si bao gồm các ô quang điện được kết nối với nhau và được bao bọc giữa mặt trước trong suốt (thường là thủy tinh) và vật liệu nền (thường là nhựa hoặc thủy tinh).

Các tấm màng mỏng Mono-c-Si được cắt ra từ một thỏi tinh thể đơn lớn trong một quy trình tương đối tốn kém.

Các tấm wafer đa c-Si rẻ hơn có thể được chế tạo bằng nhiều kỹ thuật khác nhau. Một trong những công nghệ liên quan đến việc đúc đa silicon nóng chảy được kiểm soát cẩn thận, sau đó được cắt thành các tấm mỏng. Chúng có thể lớn hơn nhiều so với các tấm đơn tinh thể. Các tế bào đa tinh thể được sản xuất theo cách này hiện rẻ hơn, nhưng sản phẩm cuối cùng thường không hiệu quả bằng công nghệ đơn tinh thể.

Giá mô-đun đơn tinh thể và đa tinh thể đã giảm đáng kể trong những năm qua.

Modul pin màng mỏng

Các tấm tấm pin tinh thể cung cấp pin mặt trời hiệu quả cao, nhưng sản xuất tương đối tốn kém. Để so sánh, các tế bào màng mỏng thường rẻ hơn do cả hai loại vật liệu được sử dụng và quá trình sản xuất đơn giản hơn. Tuy nhiên, các tế bào màng mỏng kém hiệu quả hơn.

Công nghệ màng mỏng phát triển tốt sử dụng silicon ở dạng không kết tinh (vô định hình) ít trật tự hơn. Các công nghệ khác sử dụng CdTe và CIGS/CIS với các lớp hoạt động dày chưa đến vài micron. Các đặc điểm chính của công nghệ màng mỏng được mô tả trong các phần sau.

 Silic vô định hình (a-Si)

Trong các công nghệ a-Si, thứ tự tầm xa của c-Si không xuất hiện và các nguyên tử tạo thành một mạng ngẫu nhiên liên tục. Vì a-Si hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn c-Si nên tế bào có thể mỏng hơn nhiều.

A-Si có thể được lắng đọng trên nhiều loại chất nền cứng và linh hoạt với chi phí thấp. Chi phí thấp của a-Si làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng mà chi phí thấp quan trọng hơn hiệu quả cao.

Cadmium Telluride (CdTe)

CdTe là một hợp chất của cadmium và Tellurium. Tế bào bao gồm một chồng màng bán dẫn được đặt trên thủy tinh phủ oxit dẫn điện trong suốt. Có thể sử dụng quy trình sản xuất liên tục sử dụng chất nền có diện tích lớn. Các mô-đun dựa trên CdTe tạo ra năng lượng đầu ra cao trong nhiều điều kiện khí hậu với hệ số phản ứng ánh sáng yếu và nhiệt độ tốt. Các mô-đun CdTe được thiết lập tốt trong ngành công nghiệp và có một hồ sơ theo dõi tốt.

Đồng Indi (Gali) Di-Selenua (CIGS/ CIS)

CIGS/CIS là một chất bán dẫn bao gồm một hợp chất của đồng, indi,

gali và selen. những tháng mùa đông lạnh hơn.

CIGS hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn c-Si, nhưng các mô-đun dựa trên chất bán dẫn này yêu cầu màng dày hơn một chút so với mô-đun a-Si PV. Indium là một vật liệu bán dẫn tương đối đắt tiền, nhưng số lượng cần thiết là cực kỳ nhỏ so với các công nghệ dựa trên tấm pin.

Việc sản xuất thương mại các mô-đun CIGS/CIS đang trong giai đoạn phát triển ban đầu. Tuy nhiên, nó có khả năng mang lại hiệu suất chuyển đổi cao nhất trong tất cả các công nghệ mô-đun PV màng mỏng.[4]

Tài liệu tham khảo

[*]      “Utility-Scale Solar Photovoltaic Power Plants In partnershIp wIth a project Developer’s GuIDe,” 2015.