Pin Mặt Trời: Giải mã những tế bào quang điện tí hon

Trong khi giá điện không hề giảm, mức tiêu thụ điện vẫn không ngừng tăng, thì pin mặt trời đang dần trở thành gải pháp tất yếu. Tuy nhiên ít ai biết rằng những tấm pin mặt trời khổng lồ ấy lại được tạo nên từ những tế bào quang điện tí hon. Hiểu về nguyên lý hoạt động của pin mặt trời sẽ giúp người dân tiệm cận với một trong những công nghệ văn minh hiện đại nhất của nhân loại.

Các tấm pin mặt trời khổng lồ được ghép nối từ những tế bào quang điện siêu nhỏ giống như cơ thể con người được tạo nên từ những tế bào li ti. Chính những tế bào quang điện siêu nhỏ đã chuyển hóa quang năng thành điện năng. Mỗi tế bào chỉ tạo ra nguồn điện bé nhỏ nhưng ghép nhiều tế bào lại thì sẽ được nguồn năng lượng khổng lồ, đến mức bạn có thể sử dụng điện từ mặt trời để bật điều hòa đắp chăn nằm đọc bài viết này.

Các tế bào quang điện siêu nhỏ ấy lại được tạo nên từ hai chất bán dẫn là N và P. Chất bán dẫn được ví von như chàng thanh niên “Hi-Fi” đa tài, lúc thì dẫn điện lúc lại không dẫn điện tùy vào từng hoàn cảnh nhất định. Chất bán dẫn lại thường được chế tạo từ Silic, bán dẫn loại N được pha thêm một số tạp chất để tạo ra các electron tự do mang điện âm (-), ngược lại bán dẫn loại P được pha thêm các nguyên tố nhằm tạo ra lỗ trống thiếu electron mang điện tích dương ( ).

Vì thế khi sản xuất tế bào quang điện các kỹ sư đã đặt bán dẫn N nằm sát với bán dẫn P. Khu vực tiếp giáp giữa N và P lại tạo ra vùng trung hòa hay còn gọi là “vùng nghèo” do các các electron từ N nằm ở vùng biên chạy sang lỗ trống của P. Chính vùng nghèo này lại trở thành “bức tường” cách điện vì các electron bên N không thể tiếp tục chạy sang lỗ trống của P được nữa.

Khu vực vùng nghèo tiếp xúc với N do thiếu electron nên tích điện dương ( ) còn khu vực vùng nghèo do nhận thêm electron nên tích điện âm (-). Hai khu vực này cũng tạo ra một điện trường rất rất nhỏ. Khi đưa tế bào quang điện ra ngoài, ánh sáng mặt trời mang các proton siêu nhỏ chiếu vào vùng nghèo khiến electron bật ra khỏi lỗ trống và di chuyển về phía bán dẫn N, còn các lỗ trống di chuyển về phía bán dẫn P.

Lớp N lúc này có nhiều electron tự do còn lớp P có thêm nhiều lỗ trống. Chỉ cần nối dây dẫn vào hai lớp này thì sẽ làm cho các electron tự do di chuyển từ N sang P và tạo nên dòng điện. Nếu trời càng nắng, ánh sáng càng mạnh thì càng có nhiều hạt proton bắn vào làm cho electron tự do bắn ra nhiều hơn tạo nên dòng điện lớn hơn.

Có thể tạm hiểu một cách đơn giản là ánh sáng mặt trời có chứa các hạt proton bắn vào chất bán dẫn làm các electron bật ra khỏi liên kết. Khi electron bật ra bên bán dẫn N thì sẽ chạy theo dây dẫn đi sang lỗ trống của bán dẫn P làm nảy sinh dòng điện. Trời càng nắng to thì lượng điện năng được sinh ra càng nhiều.

Với những phân tích trên đã giải mã kỹ lưỡng cấu tạo cực kỳ đơn giản của các tế bào quang điện, cơ sở chuyển hóa quang năng thành điện năng. Mặt trời vẫn sáng rực và các hạt proton vẫn bắn đầy vào mặt đất. Vậy tại sao mỗi người, mỗi gia đình không biết tận dụng phát minh quan trọng này để góp phần tạo nên nguồn năng lượng tái tạo bất tận, giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống đang gây ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu.

Việc thay đổi nhận thức và ứng dụng khoa học – công nghệ nhằm thay đổi môi trường sống, cách sống của người dân sẽ thật sự khó khăn nếu không có những chính sách khích lệ. Bên cạnh đó, các ngân hàng, doanh nghiệp công nghệ pin mặt trời và người dân cũng cần ngồi lại với nhau để bàn tính cách thức triển khai cho những kế hoạch dài hạn. Chỉ khi có những giải pháp đồng bộ, sự vào cuộc của các cơ quan, doanh nghiệp và người dân thì mới có thể tạo nên những bước đột phá nhằm xây dựng một xã hội phát triển bền vững.