Quang điện là gì?

Sơ đồ trên minh họa hoạt động của một tế bào quang điện cơ bản, còn được gọi là pin mặt trời. Pin mặt trời được làm từ cùng loại vật liệu bán dẫn, chẳng hạn như silicon, được sử dụng trong ngành công nghiệp vi điện tử. Đối với pin mặt trời, một tấm bán dẫn mỏng được xử lý đặc biệt để tạo thành một điện trường, dương ở một bên và âm ở bên kia. Khi năng lượng ánh sáng chiếu vào pin mặt trời, các electron bị bật ra khỏi các nguyên tử trong vật liệu bán dẫn. Nếu các dây dẫn điện được gắn vào các mặt tích cực và tiêu cực, tạo thành một mạch điện, thì các electron có thể được giữ lại dưới dạng dòng điện - tức là điện năng. Điện này sau đó có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho phụ tải, chẳng hạn như đèn hoặc dụng cụ.

Một số pin mặt trời được kết nối điện với nhau và được gắn trong một cấu trúc hoặc khung đỡ được gọi là mô-đun quang điện. Các mô-đun được thiết kế để cung cấp điện ở một điện áp nhất định, chẳng hạn như hệ thống 12 vôn thông thường. Dòng điện được tạo ra phụ thuộc trực tiếp vào lượng ánh sáng chiếu vào mô-đun.

Các thiết bị quang điện phổ biến nhất hiện nay sử dụng một mối nối hoặc giao diện duy nhất để tạo ra một điện trường bên trong chất bán dẫn như tế bào quang điện. Trong tế bào quang điện một điểm nối, chỉ những photon có năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm của vật liệu tế bào mới có thể giải phóng một điện tử cho một mạch điện. Nói cách khác, phản ứng quang điện của các tế bào một điểm nối bị giới hạn ở phần quang phổ của mặt trời có năng lượng nằm trên khoảng cách dải của vật liệu hấp thụ và các photon năng lượng thấp hơn không được sử dụng.

Một cách để khắc phục hạn chế này là sử dụng hai (hoặc nhiều) ô khác nhau, với nhiều hơn một khoảng cách dải tần và nhiều hơn một điểm nối, để tạo ra điện áp. Chúng được gọi là các ô "đa giao diện" (còn được gọi là các ô "xếp tầng" hoặc "song song"). Các thiết bị đa điểm có thể đạt được tổng hiệu suất chuyển đổi cao hơn vì chúng có thể chuyển đổi nhiều phổ năng lượng của ánh sáng thành điện năng hơn.

Như được hiển thị bên dưới, một thiết bị đa điểm là một chồng các tế bào một điểm nối riêng lẻ theo thứ tự giảm dần của khoảng cách dải (Eg). Tế bào trên cùng thu giữ các photon năng lượng cao và chuyển phần còn lại của các photon để các tế bào có khoảng cách dải thấp hơn hấp thụ.