Tấm pin là một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống điện mặt trời hay các thiết bị sử dụng công nghệ năng lượng mặt trời vì nó giúp chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng. Để bạn hiểu rõ hơn về cấu tạo của các tấm pin năng lượng mặt trời thì chúng tôi sẽ đưa ra những phân tích kỹ hơn về thành phần cũng như các nguyên liệu để sản xuất ra pin mặt trời thông qua bài viết dưới đây.
Nguyên liệu làm pin năng lượng mặt trời
Vật liệu chính để làm pin mặt trời là silicon nguyên chất. Nhưng khi ở trạng thái tự nhiên, nó thường rất thô và có nguồn gốc từ silicon dioxide như ở đá thạch anh (đây là silicon tinh khiết nhất) hoặc thạch anh nghiền.
Quá trình sản xuất tấm pin mặt trời
Quy trình làm sạch silicon
Để tạo ra pin mặt trời, các nguyên liệu thô sẽ được đặt trong lò quang điện hình vòng cung, nơi mà carbon hình cung được dùng để giải phóng oxy.
Sản phẩm của quá trình này đó là carbon dioxide và silicon nóng chảy. Silicon lúc này thì có khoảng 1% tạp chất, không đủ tinh khiết để tạo ra các tế bào quang điện nên cần phải làm sạch thêm. Silic được tinh chế thêm bằng cách sử dụng kỹ thuật floating zone, được truyền qua khu vực gia nhiệt nhiều lần theo cùng một hướng.
Mỗi lần cho đi qua khu vực này sẽ kéo các tạp chất về một đầu. Thời điểm này, silicon đã được làm sạch và hoàn toàn tinh khiết. Phần trên cùng là tạp chất sẽ được loại bỏ.
Quy trình làm silicon đơn tinh thể
Tế bào quang điện được làm từ các thỏi silicon có cấu trúc đơn tinh thể, hình trụ, được tạo ra từ quá trình Czochralski. Trong quá trình này, một silicon đơn tinh thể sẽ được nhúng vào silicon đa tinh thể nóng chảy. Khi hạt tinh thể rút lại và xoay vòng sẽ tạo ra một phôi hình trụ silicon.
Quy trình làm tấm bán dẫn silicon
Từ phôi hình trụ, người ta sử dụng cưa tròn cắt bên trong thỏi hình trụ thành các tấm bán dẫn silicon hoặc cắt cùng lúc với cưa nhiều dây. Chỉ có khoảng một nửa số silicon bị mất từ phôi hình trụ hoặc nhiều hơn nếu tấm silicon sau đó được cắt thành các hình chữ nhật hoặc hình lục giác.
Sau đó, các tấm bán dẫn này được đánh bóng để bỏ đi các vết cưa. Nhưng gần đây, người ta thấy rằng các tế bào thô hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn, vì thế các nhà sản xuất đã bỏ qua quá trình này.
Quy trình pha tạp
Silic tinh khiết sẽ được pha tạp với boron và phốt pho để tạo ra lượng electron dư thừa và sự thiếu hụt này sẽ tạo ra các chất bán dẫn có thể dẫn điện. Sau quá trình Czochralski, các tấm bán dẫn sẽ được niêm phong và được nung nhẹ dưới nhiệt độ nóng chảy của silicon là 2.570 độ F hoặc 1.410 độ C kèm với khí phốt pho.
Các nguyên tử phốt pho bên trong silicon xốp hơn vì nó gần như thành chất lỏng. Nhiệt độ và thời gian cho quá trình này được kiểm soát nghiêm ngặt để đảm bảo đường nối phải đồng nhất và có độ sâu thích hợp. Gần đây, người ta pha silicon với photpho bằng máy gia tốc hạt nhỏ để bắn các ion phốt pho vào thỏi.
Quy trình đặt các điểm tiếp điện
Các điểm tiếp điện kết nối các tế bào năng lượng mặt trời với nhau và với đầu thu của dòng điện sử dụng hiện tại. Các tiếp điểm này phải rất mỏng để không ngăn ánh sáng mặt trời vào trong tế bào. Một số kim loại như palladi, bạc, đồng hoặc niken được hút chân không bằng quang điện tử, in lụa hoặc lắng đọng trên phần tiếp xúc của các tế bào được phủ sáp một phần.
Tất cả ba phương pháp trên liên quan đến một hệ thống với phần bên trong gồm một phần của tế bào có tiếp điểm không cần phải bảo vệ, trong khi phần còn lại sẽ tiếp xúc với kim loại. Sau khi đặt các tiếp điểm xong, các miếng mỏng làm từ đồng bọc thiếc được đặt giữa các tế bào.
Phủ lớp chống phản quang
Bởi vì silicon nguyên chất rất sáng bóng, có thể phản chiếu tới 35% ánh sáng mặt trời. Để tỉ lệ này giảm đi, trên các tấm silicon được phủ một lớp chống phản chiếu.
Lớp phủ phổ biến nhất hiện nay làm từ titan dioxide và silicon oxide. Vật liệu được sử dụng cho lớp phủ sẽ được nung nóng cho đến khi các phân tử bay hơi, di chuyển đến silicon và ngưng tụ hay trải qua quá trình phún xạ.
Trong quá trình phún xạ, điện áp cao sẽ đập các phân tử văng ra khỏi chất liệu và đi vào silicon ở điện cực. Một phương pháp khác là cho silicon phản ứng với các khí có chứa oxy hoặc nitơ để tạo thành silicon dioxit hay silicon nitride.
Đóng gói các tế bào quang điện thành tấm pin
Pin mặt trời thường được đóng gói lại để tạo thành các mô-đun và được đặt vào các khung kim loại nhôm với mặt sau để đảm bảo cho pin và các tấm kính nhựa siêu nhẹ, bền.
Bên trong khung kim loại là một vật liệu bảo vệ gồm có cao su có chứa nhựa silicon hoặc butyryl trong suốt liên kết xung quanh các tế bào, sau đó nhúng vào ethylene vinyl acetate. Silicon được sử dụng như xi măng để đặt tất cả các thành phần trên lại với nhau.
