Tấm pin mặt trời màng mỏng: Những điều bạn cần biết
Tấm pin mặt trời màng mỏng là một công nghệ tiên tiến với nhiều ưu điểm nổi bật. Chúng nhẹ, linh hoạt và dễ lắp đặt, phù hợp với nhiều bề mặt khác nhau như mái nhà và các thiết bị di động. Với tiềm năng ứng dụng rộng rãi và xu hướng phát triển mạnh mẽ, tấm pin mặt trời màng mỏng hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong tương lai của năng lượng tái tạo.
Vào năm 2022, thị trường tấm pin mặt trời màng mỏng đã vượt quá 2 tỷ đô la, dự kiến sẽ tăng gấp đôi vào năm 2030. Nhiều yếu tố, bao gồm nhu cầu và mức tiêu thụ năng lượng tăng, chi phí năng lượng lưới điện tăng và công suất quang điện mặt trời được cải thiện, tất cả đều góp phần vào sự gia tăng sử dụng năng lượng tái tạo.
Hơn nữa, những tiến bộ công nghệ trong sản xuất tấm pin mặt trời màng mỏng đang làm giảm chi phí và tăng thêm tính phổ biến của chúng. Vì vậy, khi cân nhắc hệ thống năng lượng mặt trời di động, dân dụng hoặc thương mại, bạn chắc chắn đã bắt gặp công nghệ năng lượng mặt trời này.
Nhưng tất cả các tùy chọn có sẵn có thể khiến mọi thứ trở nên khó hiểu. Hơn nữa, việc tìm kiếm các thành phần tiết kiệm chi phí, đáng tin cậy và hiệu quả cho hệ thống năng lượng mặt trời của bạn ở cùng một nơi không phải là điều dễ dàng.
Tấm pin mặt trời màng mỏng là gì?
Hình 1. Tấm pin năng lượng mặt trời mỏng
Cấu tạo
Tấm pin mặt trời màng mỏng là lớp mỏng vật liệu quang điện (PV) chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện. Các lớp này thường chỉ dày vài micromet. Chúng có thể được áp dụng cho nhiều loại chất nền khác nhau, chẳng hạn như kính, nhựa hoặc kim loại, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng có không gian hạn chế.
Tấm pin mặt trời màng mỏng nhẹ hơn và linh hoạt hơn nhiều so với tấm pin mặt trời silicon tinh thể truyền thống, cho phép lắp đặt dễ dàng hơn ở nhiều vị trí khác nhau. Chúng cũng rẻ hơn nhiều, khiến chúng trở thành lựa chọn hấp dẫn cho người tiêu dùng có ý thức về chi phí muốn sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.
Không giống như các tấm pin quang điện truyền thống , được sản xuất độc quyền bằng cách sử dụng các tấm wafer silicon, các tấm pin mặt trời màng mỏng được sản xuất thông qua việc sử dụng các vật liệu khác nhau như Silic vô định hình (a-Si), cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs) và đồng indium gallium selenide (CIGS).
Cách thức hoạt động
Tuy nhiên, về cách thức hoạt động, tấm pin mặt trời màng mỏng không khác gì so với các tấm pin truyền thống. Giống như các tấm wafer silicon, vật liệu bán dẫn được phủ lên trên lớp nền sử dụng hiệu ứng quang điện để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
Một trong những lý do chính khiến tấm pin mặt trời màng mỏng linh hoạt ngày càng phổ biến là vì chúng dễ sản xuất. Chi phí thấp hơn tương đương với giải pháp tiết kiệm chi phí cho khách hàng/người dùng và tăng doanh thu và doanh số, cũng như lợi nhuận cao hơn cho nhà sản xuất và người bán.
Cho đến nay, tại Hoa Kỳ và Châu Âu, công nghệ năng lượng mặt trời màng mỏng có tính khả dụng hạn chế và chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng thương mại. Các mô-đun nhẹ này cũng đã thành công trong các sản phẩm và giải pháp năng lượng mặt trời di động.
Pin mặt trời màng mỏng được sản xuất như thế nào?
Hình 2. Ứng dụng của tấm pin năng lượng mặt trời mỏng
Trong 3 loại tấm pin mặt trời, pin mặt trời màng mỏng là loại nhanh nhất và dễ sản xuất nhất, do đó tiết kiệm chi phí nhất. Mỗi tấm pin trong mô-đun năng lượng mặt trời bao gồm 3 lớp:
Lớp nền hay phần đế của tấm pin
Phần đế của tấm pin thường là một tấm kính, kim loại hoặc polyamide. Trong số đó, nhôm là lựa chọn phổ biến hơn do đặc tính dẫn điện và trọng lượng nhẹ. Việc sử dụng đế kim loại không chỉ cải thiện khả năng dẫn điện mà còn ngăn ngừa tình trạng mất điện.
Lớp bán dẫn
Như chúng ta đã thảo luận, các loại chất bán dẫn khác nhau có thể được sử dụng để đạt được hiệu ứng quang điện trong tấm pin mặt trời màng mỏng. Đây là lớp thực sự hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển đổi thành năng lượng điện.
Lớp trên cùng/lớp bảo vệ
Kính hoặc polyamide được sử dụng để tạo ra lớp trên cùng trong suốt của cell cho phép ánh sáng xuyên qua phần trên cùng của tấm pin và đi đến chất bán dẫn. Ngoài ra, lớp này còn bảo vệ màng bán dẫn.
Vật liệu của tấm pin năng lượng mặt trời mỏng
Thông thường, một quy trình được gọi là lắng đọng hơi hóa học được sử dụng để phủ chất bán dẫn lên chất nền. Vì vậy, chi phí vật liệu cho các tế bào quang điện màng mỏng này thấp hơn đáng kể so với các tế bào quang điện silicon tinh thể truyền thống. Về vật liệu bán dẫn, các tùy chọn khả dụng bao gồm:
Silic vô định hình (a-Si)
Một lớp màng mỏng silicon không kết tinh được sử dụng làm lớp bán dẫn trong các tế bào màng mỏng này. Vì chỉ cần 1% silicon được sử dụng để tạo ra các tế bào kết tinh để phủ lên chất nền trong dạng công nghệ năng lượng mặt trời này nên chi phí sản xuất thấp hơn đáng kể.
Tuy nhiên, các cell này có hiệu suất thấp nhất trong tất cả các tấm pin mặt trời màng mỏng, do đó chúng phù hợp nhất cho các ứng dụng nhỏ.
Cadimi telluride (CdTe)
Đây là chất bán dẫn được sử dụng thường xuyên nhất trong sản xuất tấm pin mặt trời màng mỏng. Mặc dù chúng cung cấp tỷ lệ hiệu suất khá tốt, nhưng vấn đề lớn với các cell này là cadmium được sử dụng trong quá trình sản xuất là vật liệu cực kỳ độc hại và tellurium cần thiết cho telluride cực kỳ hiếm.
Đồng indium (gallium) diselenide (CIS hoặc CIGS)
Tổng cộng có 4 lớp, mỗi lớp gồm 4 vật liệu khác nhau, được đặt chồng lên nhau để tạo thành lớp màng mỏng bán dẫn trên chất nền. Đồng, indi, gali và selenua đều được sử dụng để xây dựng lớp kết hợp này.
Lý do duy nhất khiến chúng không được sử dụng rộng rãi hơn là vì chi phí sản xuất cao hơn so với các loại tấm pin mặt trời màng mỏng khác. Nhưng vẫn thấp hơn chi phí sản xuất tấm wafer silicon tinh thể.
Ngoài ra, vật liệu quang điện hữu cơ cũng như gali arsenide hiện đang được sử dụng để sản xuất tấm pin mặt trời màng mỏng. Nhưng chúng có ứng dụng hạn chế do nhiều lý do khác nhau. Ngoài ra, các công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn đầu.
