Một trong những quy trình quan trọng nhất trong thế giới năng lượng mặt trời là hiệu ứng quang điện. Nó là một hiệu ứng quang điện trong đó một dòng điện được tạo ra truyền từ mảnh này sang mảnh khác được làm bằng các vật liệu khác nhau. Những vật liệu này tiếp xúc với ánh sáng mặt trời hoặc bức xạ điện từ. Hiệu ứng này là cơ bản trong việc tạo ra năng lượng điện từ các tế bào quang điện của các tấm pin mặt trời.
Nếu bạn muốn biết các tấm pin mặt trời hoạt động như thế nào và hiệu ứng quang điện là gì thì đây là bài viết của bạn 🙂
Hiệu ứng quang điện là gì?
Khi chúng tôi sử dụng bảng điều khiển năng lượng mặt trời để thu được năng lượng điện, những gì chúng tôi đang tận dụng là năng lượng mà các hạt bức xạ mặt trời có để biến nó thành năng lượng điện hữu ích cho ngôi nhà của chúng ta. Tế bào quang điện là thiết bị bán dẫn được cấu tạo chủ yếu từ silicon. Các tế bào quang điện này có một số tạp chất từ các nguyên tố hóa học khác. Tuy nhiên, silicon được cố gắng để càng chết tiệt càng tốt.
Tế bào quang điện có khả năng tạo ra điện từ dòng điện một chiều sử dụng năng lượng từ bức xạ mặt trời. Vấn đề với loại suối này là nó không được sử dụng cho gia đình. Năng lượng liên tục cần được chuyển đổi thành năng lượng thay thế để sử dụng nó. Điều này đòi hỏi một điện biến tần.
Hiệu ứng quang điện là gì để tạo ra năng lượng điện đó từ bức xạ mặt trời. Bức xạ này có dạng nhiệt và nhờ hiệu ứng này mà nó được chuyển hóa thành điện năng. Để điều này xảy ra, các tế bào quang điện phải được đặt nối tiếp dọc theo các tấm pin mặt trời. Điều này được thực hiện để bạn có thể nhận được một hiệu điện thế thích hợp cho phép để tạo ra điện.
Rõ ràng, không phải tất cả bức xạ mặt trời phát ra từ khí quyển đều được chuyển hóa thành năng lượng điện. Một phần của nó bị mất đi do phản xạ và phần khác do truyền tải. Tức là, một phần được quay trở lại bầu khí quyển và phần khác được đưa qua tế bào. Lượng bức xạ có khả năng tiếp xúc với tế bào quang điện làm cho các electron nhảy từ lớp này sang lớp khác. Đó là khi một dòng điện được tạo ra có công suất tỷ lệ với lượng bức xạ cuối cùng chiếu vào các tế bào.
Đặc điểm của hiệu ứng quang điện
Đây là bí ẩn mà các tấm pin mặt trời lưu giữ. Chắc chắn bạn đã từng dừng lại để nghĩ rằng làm thế nào chúng có thể tạo ra dòng điện từ mặt trời. Đó là về sự tham gia của nhiều vật liệu được cấu tạo từ các phần tử dẫn điện. Một trong số đó là silicon. Nó là một yếu tố thể hiện một hành vi khác nhau trong phản ứng với tác động của điện.
Phản ứng mà các vật liệu bán dẫn này có được hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn năng lượng có khả năng kích thích chúng hay không. Tức là, các electron chuyển sang một trạng thái khác có năng lượng cao hơn. Trong trường hợp này, chúng ta có nguồn có khả năng kích thích các electron này, đó là bức xạ mặt trời.
Khoảnh khắc a photon va chạm với êlectron từ quỹ đạo cuối cùng của nguyên tử silic thì bắt đầu xảy ra hiệu ứng quang điện. Sự va chạm này làm cho electron nhận năng lượng từ photon và có thể trở nên kích thích. Nếu năng lượng mà electron thu được từ photon cao hơn năng lượng hấp dẫn của hạt nhân nguyên tử silicon, chúng ta sẽ đối mặt với sự thoát ra của electron khỏi quỹ đạo.
Tất cả điều này làm cho các nguyên tử tự do và chúng có thể di chuyển qua tất cả các vật liệu bán dẫn. Khi điều này xảy ra, silicon đóng vai trò dẫn điện sẽ chuyển hướng tất cả năng lượng đến những nơi nó có thể hữu ích. Các êlectron đã được giải phóng điện tích sẽ đi đến các nguyên tử khác ở những nơi có không gian tự do. Chuyển động của các electron này được gọi là dòng điện.
Nó được sản xuất như thế nào
Dòng điện tích đạt được bằng cách sử dụng các vật liệu dẫn điện và làm cho điều này xảy ra một cách không đổi để có thể có một điện trường có cực tính không đổi. Đây là loại điện trường bắt đầu đẩy các electron theo mọi hướng để dòng điện tuần hoàn.
Nếu năng lượng của electron được cung cấp bởi photon vượt quá sức hút của hạt nhân nguyên tử silicon, nó sẽ tự do. Để điều này xảy ra, Lực mà tác dụng của phôtôn phải tác dụng lên êlectron ít nhất là 1,2 eV.
Mỗi loại vật liệu bán dẫn có một năng lượng tối thiểu cần thiết để nó giải phóng các electron khỏi nguyên tử của nó. Có những photon có bước sóng ngắn hơn và đến từ bức xạ tử ngoại. Như chúng ta đã biết, những photon này có một lượng lớn năng lượng chứa đựng. Mặt khác, chúng tôi tìm thấy những người có bước sóng dài hơn, vì vậy chúng có ít năng lượng hơn. Các photon này nằm trong phần hồng ngoại của quang phổ điện từ.
Năng lượng tối thiểu cần thiết của mỗi vật liệu bán dẫn để giải phóng electron phụ thuộc vào dải tần. Dải này liên kết chúng từ những bức xạ tia cực tím với những màu có thể nhìn thấy được. Dưới đó, chúng không thể giải phóng các electron, do đó sẽ không có dòng điện.
Vấn đề photon
Đi qua vật liệu để tách các electron có phần phức tạp hơn. Không phải tất cả các photon đều làm điều đó một cách trực tiếp. Điều này là do để đi qua vật chất, chúng phải mất năng lượng. Nếu những vùng có bước sóng dài nhất của quang phổ điện từ đã có ít năng lượng, thì cuối cùng chúng sẽ mất năng lượng trong quá trình tiếp xúc với vật liệu. Khi năng lượng bị mất, một số photon va chạm nhẹ với các electron và không thể làm lệch hướng chúng. Những tổn thất này là không thể tránh khỏi và là điều khiến không thể sử dụng 100% năng lượng mặt trời.
Các tổn thất năng lượng khác xảy ra khi các photon đi qua tất cả các vật liệu và chúng không va chạm với bất kỳ điện tử nào để dịch chuyển nó. Đây cũng là một vấn đề khó tránh khỏi.
Tôi hy vọng bài báo này đã làm rõ hiệu ứng quang điện.