Nguyên lý phát điện của tấm pin mặt trời

Ánh nắng mặt trời chiếu vào mối nối bán dẫn PN, tạo thành một cặp lỗ trống-electron mới. Dưới tác dụng của điện trường trong mối nối PN, lỗ trống di chuyển từ vùng P sang vùng N, và electron di chuyển từ vùng N sang vùng P. Khi mạch được kết nối, dòng điện được hình thành. Đó là cách hoạt động của pin mặt trời hiệu ứng quang điện.

Sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời. Có hai loại sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời, một là chế độ chuyển đổi ánh sáng-nhiệt-điện, loại còn lại là chế độ chuyển đổi ánh sáng-điện trực tiếp.

(1) Phương pháp chuyển đổi ánh sáng-nhiệt-điện sử dụng năng lượng nhiệt sinh ra từ bức xạ mặt trời để tạo ra điện. Nói chung, năng lượng nhiệt hấp thụ được chuyển đổi thành hơi nước của môi chất làm việc bằng bộ thu năng lượng mặt trời, sau đó tuabin hơi được dẫn động để tạo ra điện. Quá trình trước là quá trình chuyển đổi ánh sáng-nhiệt; quá trình sau là quá trình chuyển đổi nhiệt-điện.

(2) Hiệu ứng quang điện được sử dụng để chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời trực tiếp thành năng lượng điện. Thiết bị cơ bản của quá trình chuyển đổi quang điện là pin mặt trời. Pin mặt trời là thiết bị chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện nhờ hiệu ứng quang điện. Nó là một điốt quang bán dẫn. Khi mặt trời chiếu vào điốt quang, điốt quang sẽ chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện và tạo ra dòng điện. Khi nhiều pin được mắc nối tiếp hoặc song song, có thể tạo thành một mảng vuông các pin mặt trời với công suất đầu ra tương đối lớn.

Hiện nay, silicon tinh thể (bao gồm polysilicon và silicon đơn tinh thể) là vật liệu quang điện quan trọng nhất, chiếm hơn 90% thị phần và trong tương lai, nó vẫn sẽ là vật liệu chủ đạo của pin mặt trời.

Trong một thời gian dài, công nghệ sản xuất vật liệu polysilicon đã bị kiểm soát bởi 10 nhà máy của 7 công ty ở 3 quốc gia, như Hoa Kỳ, Nhật Bản và Đức, tạo thành một sự phong tỏa công nghệ và độc quyền thị trường.

Nhu cầu về polysilicon chủ yếu đến từ ngành công nghiệp bán dẫn và pin mặt trời. Theo yêu cầu về độ tinh khiết khác nhau, polysilicon được chia thành loại dùng cho điện tử và loại dùng cho pin mặt trời. Trong đó, polysilicon loại dùng cho điện tử chiếm khoảng 55%, polysilicon loại dùng cho pin mặt trời chiếm 45%.

Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp quang điện, nhu cầu về polysilicon trong pin mặt trời đang tăng nhanh hơn so với sự phát triển của polysilicon bán dẫn, và dự kiến ​​nhu cầu về polysilicon dùng cho pin mặt trời sẽ vượt qua nhu cầu về polysilicon dùng cho thiết bị điện tử vào năm 2008.

Năm 1994, tổng sản lượng pin mặt trời trên thế giới chỉ là 69MW, nhưng đến năm 2004 con số này đã gần 1200MW, tăng gấp 17 lần chỉ trong 10 năm. Các chuyên gia dự đoán rằng ngành công nghiệp quang điện mặt trời sẽ vượt qua năng lượng hạt nhân để trở thành một trong những nguồn năng lượng cơ bản quan trọng nhất trong nửa đầu thế kỷ 21.