Hiệu suất chuyển đổi của tế bào quang điện (PV) hay còn gọi là pin mặt trời, là phần trăm năng lượng mặt trời chiếu vào thiết bị PV được chuyển đổi thành điện năng sử dụng được. Cải thiện hiệu suất chuyển đổi này là mục tiêu chính của nghiên cứu và giúp làm cho các công nghệ PV có chi phí cạnh tranh với các nguồn năng lượng thông thường.
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ CHUYỂN ĐỔI
Không phải tất cả ánh sáng mặt trời chiếu tới tế bào PV đều được chuyển đổi thành điện năng. Trên thực tế, hầu hết nó đã bị mất. Nhiều yếu tố trong thiết kế pin mặt trời đóng vai trò hạn chế khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời mà tế bào nhận được. Thiết kế với những yếu tố này là cách có thể đạt được hiệu quả cao hơn.
Bước sóng
Ánh sáng bao gồm các photon – hoặc các gói năng lượng – có nhiều bước sóng và năng lượng. Ánh sáng mặt trời chiếu tới bề mặt trái đất có bước sóng từ tia cực tím, qua phạm vi nhìn thấy, đến tia hồng ngoại. Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt của tấm pin mặt trời, một số photon bị phản xạ, trong khi những photon khác đi qua ngay. Một số photon bị hấp thụ có năng lượng của chúng biến thành nhiệt. Phần còn lại có năng lượng thích hợp để tách các electron ra khỏi liên kết nguyên tử của chúng để tạo ra hạt tải điện và dòng điện.
Tái tổ hợp
Một cách để dòng điện chạy trong chất bán dẫn là cho một “hạt tải điện”, chẳng hạn như một electron mang điện tích âm, chạy qua vật liệu. Một hạt mang điện tích khác như vậy được gọi là “lỗ trống”, đại diện cho sự vắng mặt của một electron trong vật liệu và hoạt động giống như một hạt mang điện tích dương. Khi một electron gặp một lỗ trống, chúng có thể kết hợp lại và do đó loại bỏ những đóng góp của chúng vào dòng điện. Sự tái tổ hợp trực tiếp, trong đó các electron và lỗ trống tạo ra ánh sáng gặp nhau, tái kết hợp và phát ra một photon, đảo ngược quá trình tạo ra điện trong pin mặt trời. Đó là một trong những yếu tố cơ bản hạn chế hiệu quả. Tái tổ hợp gián tiếp là một quá trình trong đó các điện tử hoặc lỗ trống gặp phải tạp chất, khiếm khuyết trong cấu trúc tinh thể,
Phản xạ
Hiệu quả của một tế bào có thể được tăng lên bằng cách giảm thiểu lượng ánh sáng phản xạ ra khỏi bề mặt của tế bào. Ví dụ, silicon chưa qua xử lý phản xạ hơn 30% ánh sáng tới. Lớp phủ chống phản chiếu và bề mặt có kết cấu giúp giảm phản xạ. Một ô hiệu quả cao sẽ có màu xanh đậm hoặc đen.
Nhiệt độ
Các tế bào cực thường hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ thấp. Nhiệt độ cao hơn làm cho các đặc tính của chất bán dẫn thay đổi, dẫn đến dòng điện tăng nhẹ nhưng hiệu điện thế lại giảm nhiều. Nhiệt độ tăng quá cao cũng có thể làm hỏng tế bào và các vật liệu mô-đun khác, dẫn đến thời gian hoạt động ngắn hơn. Vì phần lớn ánh sáng mặt trời chiếu vào các tế bào trở thành nhiệt, nên việc quản lý nhiệt thích hợp sẽ cải thiện cả hiệu quả và tuổi thọ.
>>Tham khảo: Lợi ích cơ bản của hệ thống điện năng lượng mặt trời.
XÁC ĐỊNH HIỆU QUẢ CHUYỂN ĐỔI
Các nhà nghiên cứu đo hiệu suất của một thiết bị quang điện (PV) để dự đoán năng lượng mà tế bào sẽ tạo ra. Công suất điện là sản phẩm của dòng điện và hiệu điện thế. Mối quan hệ hiện tại-điện áp đo các đặc tính điện của thiết bị PV.
Nếu một điện trở “tải” nhất định được kết nối với hai đầu cực của tế bào hoặc mô-đun, dòng điện và điện áp được tạo ra sẽ điều chỉnh theo định luật Ohm (dòng điện qua dây dẫn giữa hai điểm tỷ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai điểm điểm). Hiệu quả đạt được bằng cách cho tế bào tiếp xúc với mức ánh sáng tiêu chuẩn, không đổi trong khi duy trì nhiệt độ tế bào không đổi, đồng thời đo dòng điện và điện áp được tạo ra cho các điện trở tải khác nhau.
