TẠI SAO VẬT LIỆU QUANG ĐIỆN
LẠI CÓ THỂ BIẾN ĐỔI ÁNH SÁNG THÀNH ĐIỆN?
Vật liệu quang điện thường dùng để chế tạo pin năng lượng mặt trời, nó có thể chuyển năng lượng mặt trời thành điện năng. Hiện nay trên trái đất có tới 90% tàu không gian vũ trụ hoạt động dựa vào pin năng lượng mặt trời, công suất từ vài W đến vài chục nghìn W. Ngày 7 tháng 9 năm 1988, Trung Quốc đã phóng lên quỹ đạo mặt trời vệ tinh khí tượng ''phong vân 1'', trên đó có dùng 14266 tấm pin năng lượng mặt trời bằng silic độ dày 2 x 2cm, có công suất tới hơn 830W, hiệu suất chuyển đổi quang điện đạt từ 12% đến 14%. Trong đó có một miếng nguyên liệu quang điện gali asen hóa, hiệu suất chuyển quang điện đạt tới 33%.
Vậy thì, vật liệu quang điện chuyển năng lượng ánh sáng thành điện năng như thế nào?
Vật liệu quang điện ngày nay đều là nguyên liệu bán dẫn, nó có hai tính quan trọng là tính dẫn điện và tính cách điện. Nếu như trong tinh thể silic bán dẫn cho thêm chút phốt pho, do số lượng điện tử lớp ngoài cùng của nguyên tử phốt pho là 5 nhiều hơn một điện tử so với silic bán dẫn hoặc gecmani, khi nhiệt độ tinh thể lên cao hoặc nhận sự chiếu xạ của ánh sáng, đưa các điện tử này ra là có thể thu được năng lượng, dần dần thoát ly nguyên tử phốt pho tạo thành nguyên tử tự do, làm cho hiệu suất điện trở bán dẫn nhanh chóng giảm xuống. Nếu như trong tình thế bán dẫn thêm một chút borum, do số lượng điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử borum là 3, ít hơn 1 điện tử so với điện tử lớp ngoài cùng của silic hoặc gécmani. Do vậy, sau khi borum thâm nhập vào tinh thể silic liền hình thành ''lỗ huyệt'', ''lỗ huyệt'' này cũng giống như đài sen ở chính diện, di động trong tinh thể giống như điện tử tự do.
Bán dẫn dựa vào phương thức hoạt động tự do của điện tử gọi là ''bán dẫn loại n'', dựa vào phương thức hoạt động của lỗ hổng thì gọi là “bán dẫn loại p”, khi xen kẽ một lớp mỏng giữa hai loại tinh thể này, làm cho một bên theo phương thức p, một bên theo phương thức n, kết cấu này được gọi là “kết cấu pn''. Trong ánh sáng mặt trời có chứa các hạt năng lượng ánh sáng, khi ánh sáng mặt trời chiếu lên trên bề mặt nguyên liệu, kết cấu pn liền tiếp nhận năng lượng của ánh sáng, làm cao thể bán dẫn loại n sản sinh ra điện tử tự do và hiển thị điện thế âm, các khoảng trong của thể bán dẫn loại p lại hiển thị điện thế dương. Như vậy nảy sinh sự chênh lệch điện thế giữa 2 đầu của thể bán dẫn silic. Khi dùng dây dẫn để nối hai đầu lại với nhau, điện lưu sẽ được sản sinh.
Cho đến ngày nay, nguyên liệu quang điện đã được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các sản phẩm dân dụng như máy tính điện tử, đồng hồ, sau khi bước vào thế kỷ 21, cùng với sự mở rộng của kỹ thuật ''xe hơi năng lượng mặt trời'', ''mái nhà phát hiện năng lượng mặt trời'', nguyên liệu quang điện sẽ ngày càng gần gũi với cuộc sống của chúng ta hơn.
