1. www.themegallery.com
LOGO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ-ĐHQGHN
KHOA VẬT LÝ KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ NANO
PIN MẶT TRỜI VÀ NHỮNG ỨNG
DỤNG TRONG CUỘC SỐNG
Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Nông
Giảng viên: PGS.TS: Trần Thị Tâm
Hà Nội-2013

2. LOGO
Nội dung
Tổng Quan1
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động2
Các thông số kỹ thuật3
Các thế hệ pin mặt trời4
Ứng dụng trong cuộc sống5

3. LOGO
Tổng Quan
Khái niệm: Pin mặt trời (Solar cells) hay
Photovoltaic là linh kiện quang-điện chuyển đổi
năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng
nhờ hiệu ứng quang điện trong.
 Alexander Bequerel phát hiện ra hiệu ứng
quang điện năm 1839.
 Năm 1883, Charles Fritts chế tạo pin mặt trời
từ các tấm Selenium, đạt hiệu suất dưới 1%.
 Russell Ohl là người đầu tiên chế tạo pin mặt
trời giống như các pin được sử dụng ngày
nay (Năm 1941).
 Năm 1954, các nhà khoa học (Calvin Fuller,
Gerald Pearson, Daryl Chapin) tại phòng thí
nghiệm Bell chế tạo thành công pin mặt trời
Silicon chuyển tiếp p-n đạt hiệu suất 6%.

4. LOGO
Tổng Quan
 Mặt trời là 1 lò phản
ứng nhiệt hạch khổng
lồ, cách Trái đất
khoảng 150 triệu km.
 Năng lượng Mặt trời
gồm bức xạ nhiệt và
ánh sáng từ Mặt trời.
 Trước khi vào bầu khí
quyển cường độ bức
xạ năng lượng ASMT
là 1367W/m2
 Trên bề mặt trái đất cỡ
1000W/m2
 Năng lượng ánh sáng Mặt trời

5. LOGO
Tổng Quan
Phổ bức xạ năng lượng mặt trời

6. LOGO
Tổng Quan
 Thị trường điện năng lượng mặt trời
Công suất (GW), tốc độ tăng trưởng
2005 5,3 36%
2006 6,9 30,2%
2007 9,4 36,2%
2008 15,8 68%
2009 23,2 47%
2010 40 72,4%
2011 69,7 74,3%
2012 >100 >43,5%
Tốc độ tăng trưởng rất cao.
Dự kiến vượt mốc 100GW ( 2012)
cho toàn cầu (theo IEA)

7. LOGO
Cấu tạo
a. Cấu tạo

8. LOGO
Cấu tạo
Trang đầu tiên trong bản đăng kí bằng sáng
chế pin mặt trời của Russell Ohl, năm
1941.

9. LOGO
Cấu tạo
Các pin mặt trời được ghép nối tiếp, song song hoặc hỗn hợp
b. Lắp ghép các pin mặt trời

10. LOGO
Nguyên lý hoạt động
Dựa vào hiện tượng quang điện trong:
- Lớp bán dẫn p-n hấp thụ ánh sáng
có bước sóng tạo
ra cặp điện tử-lỗ trống và trở thành
các hạt tải tự do.
- Điện tử di chuyển về phía cực của
bán dẫn loại n, lỗ trống di chuyển về
phía cực của bán dẫn loại p.
- Nếu bên ngoài nối giữa bán dẫn loại
n và bán dẫn loại p bằng dây dẫn thì
xuất hiện dòng điện.
- Điện tử di chuyển ra khỏi điện cực
(bán dẫn loại n) qua dây dẫn và đi
tới điện cực (bán dẫn loại p) để tái
hợp với lỗ trống.
g C Vh E E E   

11. LOGO
Nguyên lý hoạt động
Các vùng phát cặp điện tử - lỗ trống

12. LOGO
Nguyên lý hoạt động

13. LOGO
Các thông số đặc trưng
 Thế mạch hở (VOC) là hiệu điện thế V
cực đại khi được chiếu sáng với thông
lượng ϕ, khi đó R=∞, I=0.
 Dòng đoản mạch (ISC) là dòng điện
trong mạch của pin mặt trời khi làm
ngắn mạch ngoài (V=0).

14. LOGO
Các thông số đặc trưng
 Hệ số lấp đầy(Fill Factor) là tỷ
số giữa công suất cực đại với
Pmax với tích số VOC.ISC
Đặc trưng I-V
ax .
. .
M MP MP
SC OC SC OC
P J V
FF
J V J V
 
ln( 0,72)
1
OC OC
oc
v v
FF
v
 

 OC OC
B
e
v V
nk T

 Công suất của pin mặt trời
được xác định theo công thức:
P=I.V
Tại giá trị (IMP, VMP) khi đó công
suất đạt cực đại (Pmax).
Trong đó: n là hệ số độ lý tưởng của
diode.

15. LOGO
Các thông số đặc trưng
 Hiệu suất hoạt động ( ŋ ) là tỷ lệ phần trăm giữa năng lượng điện
tối đa được tạo ra so với năng lượng ánh sáng chiếu tới.
 Các yếu tố giới hạn lên hiệu suất:
- Các chất bán dẫn chỉ hấp thụ ở 1 dải phổ nhất định.
- Ảnh hưởng của tạp, khuyết tật tinh thể, hiệu ứng bề mặt.
- Mất mát quang học
- Mất mát do điện trở bán dẫn, lớp tiếp xúc…
 Công suất đầu vào:
Với: A là diện tích của pin mặt trời, thông lượng photon
. .. OC SCMP MP
IN IN
V J FFV J
P P
  
0
( )( / )INP A hc d   

 
( ) 

16. LOGO
Các thế hệ pin mặt trời
 Thế hệ thứ nhất
Vật liệu Silicon (đơn tinh thể và đa
tinh thể)
Chiếm khoảng 80-85% thị trường
pin mặt trời.
Hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối
đa 31% (lý thuyết).
Đạt được tại phòng thí nghiệm:
25% cho đơn tinh thể. 20,4% cho đa
tinh thể.
Yêu cầu độ tinh khiết tinh thể rất cao

17. LOGO
Các thế hệ pin mặt trời
 Thế hệ thứ hai
Công nghệ màng mỏng
Vật liệu: CdTe, CIGS (Đồng, Indium, Galium,
Selenium), Silicon vô định hình, nano tinh thể…
Là các chất bán dẫn có vùng cấm thẳng.
Lớp bán dẫn mỏng hơn (<1μm) khoảng 100-1000
so với silicon tinh thể.
Hệ số hấp thụ cao hơn.
Hiệu suất thấp hơn thế hệ thứ nhất.

18. LOGO
Các thế hệ pin mặt trời
 Thế hệ thứ ba
Đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ.
Một số dạng:
Pin mặt trời dùng chất màu nhạy sáng
(DSSC)
Pin mặt trời dùng chấm lượng tử nhạy
sáng (QDSSC)
Pin mặt trời dùng hữu cơ (polymer)
Pin mặt trời quang điện hóa
Pin mặt trời lai vô cơ-hữu cơ
Các hướng nghiên cứu tăng hiệu suất:
đa chuyển tiếp (Multi-junction), hạt tải
“nóng” (hot carrier), các dải tạp chất,…

19. LOGO
Các thế hệ pin mặt trời
 Pin mặt trời chấm lượng tử nhạy sáng
Sử dụng các chấm lượng tử để hấp thụ ánh sáng mặt trời tạo ra các điện
tử, lỗ trống tự do.
Dùng các hạt nano bán dẫn TiO2 để dẫn diện tử.
Các chất điện ly giúp tái hợp điện tử - lỗ trống.

20. LOGO
Các thế hệ pin mặt trời

21. LOGO
Các thế hệ pin mặt trời

22. LOGO
Các thế hệ pin mặt trời
Hiện nay giá mỗi tấm pin mặt trời vào khoảng 50-90$
 Giá thành-tuổi thọ

23. LOGO
Các thế hệ pin mặt trời
 Giá thành-tuổi thọ
Giá thành: 1-4$/W.
Tuổi thọ trung bình: 25-30 năm.

24. LOGO
Ứng dụng trong cuộc sống
Các tấm pin mặt trời có nhiều màu sắc và mẫu mã khác nhau. có thể
đặt trên tường hoặc trên mái nhà và hòa hợp vào đó. Các mái nhà uốn
lượn và nghiêng có thể sử dụng các tấm pin màng mỏng
 Ngôi nhà “Mặt trời”

25. LOGO
 Nguồn điện cho những nơi chưa có điện lưới
Pin mặt trời cho các đảo
Trường Sa. Trên quần đảo hiện
có tới 4.093 tấm pin mặt trời.
Pin mặt trời cho các khu vực
vùng sâu, vùng xa, biên giới.

26. LOGO

27. LOGO
 Điện khí hóa nông thôn

28. LOGO
Ứng dụng trong cuộc sống
 Nguồn điện di động

29. LOGO
Ứng dụng trong cuộc sống
 Nhà máy điện năng lượng mặt trời
 Tổng công suất lắp đặt trên toàn cầu lên
đến 12GW (03/2013).
• Các nhà máy từ vài MW đến hàng trăm
MW, Các nước đi đầu là: Trung quốc,
Đức, Mỹ, Tây ban nha, Ý , Pháp…
• Agua Caliente (Mỹ) – 397MW (hoàn thành
vào năm 2014)

30. LOGO
Sản phẩm tiêu dùng

31. LOGO
Các ứng dụng
 Thiết bị an ninh-bảo vệ

32. LOGO
 Chiếu sáng công cộng-đèn giao thông

33. LOGO
 Bơm nước

34. LOGO
 Hàng rào điện

35. LOGO
 Phương tiện giao thông

36. LOGO
Solar Challenger: Máy bay NLMT
đầu tiên (năm 1981)

37. LOGO
 Hệ thống thông tin – Quan trắc
Trạm phát sóng, Trạm quan trắc

38. LOGO
 Quân sự

39. LOGO
Vệ tinh – tàu thám hiểm
Năm 1957, Sputnik, ứng dụng PMT có tuổi thọ 21/90 ngày.
Vào năm 1958: VANGUARD1 là vệ tinh đầu tiên sử dụng nguồn điện được
cung cấp từ pin mặt trời đã có tuổi thọ đến 6 năm.

40. LOGO
Kinh thiên văn Hubble
Trạm vũ trụ quốc tế ISS
Xe tự hành

41. LOGO
Tài liệu tham khảo
• http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg
• http://youtu.be/3KRHJSOgzcw
• http://youtu.be/YMNW8-hTJ4M
• Thesis: “Nanocomposite Enbles Sensitized Solar cell” Dibya D.
Phuya. 2012.
• Thesis: “The Study of II-VI Semiconductor Nanocrystal Sensitized
Solar Cells” Chunze Yuan. 2012.
• Gregory F. Brown, Junqiao Wu ”Third generation photovoltaics”
Laser & Photon. Rev.3, No. 4, 394–405 (2009)
• Luận văn thạc sĩ vật lý: “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang
điện của pin mặt trời chấm lượng tử - chất màu nhạy sáng (QDS-
DSC)” Huỳnh Lê Thùy Trang. 2011.

42. Cám ơn cô và các bạn
đã lắng nghe
Designed by Mua Ngau