Tấm pin mặt trời, còn được gọi là "chip mặt trời" hoặc "tế bào quang" và "pin mặt trời", là tấm bán dẫn quang điện sử dụng ánh sáng mặt trời để trực tiếp tạo ra điện. Là thiết bị biến đổi trực tiếp quang năng thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang điện hay hiệu ứng quang hóa. Trong vật lý, nó được gọi là quang điện (Photovoltaic, viết tắt là PV), gọi tắt là quang điện. Các pin mặt trời đơn lẻ không thể được sử dụng trực tiếp làm nguồn điện. Để sử dụng như một nguồn điện, một số pin mặt trời đơn lẻ phải được kết nối nối tiếp và song song và được niêm phong chặt chẽ thành các thành phần. Nguyên lý hoạt động của nó đơn giản là các tấm pin mặt trời hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời vào ban ngày và chuyển hóa thành năng lượng điện và tích trữ trong pin, pin cung cấp năng lượng cho đèn đường năng lượng mặt trời vào ban đêm. Vậy tại sao các tấm pin mặt trời lại sản xuất điện trong điều kiện trời nắng?
Các tấm pin mặt trời thường sử dụng các thiết bị phản ứng với ánh sáng và có thể chuyển đổi quang năng thành điện năng. Vật liệu phổ biến nhất là silicon, là một trong những vật liệu phong phú nhất trên trái đất. Nó có đặc tính bán dẫn, đặt nền tảng cho quá trình chuyển đổi quang điện của các tấm pin mặt trời.
Nhưng điều đầu tiên cần hiểu là độ dẫn điện của silicon nguyên chất rất kém, và không có electron nào có thể di chuyển tự do trong cấu trúc tinh thể. Để tăng cường độ dẫn điện của nó, silicon tinh khiết thường được pha tạp với các tạp chất nhỏ để tăng cường độ dẫn điện của nó. Theo đặc điểm này, các thiết bị dẫn điện khác nhau có thể được chế tạo.
Đối với silicon được sử dụng để làm các tấm pin mặt trời của đèn đường năng lượng mặt trời, phốt pho hoặc boron thường được thêm vào. Khi boron được thêm vào, tinh thể silicon sẽ tạo thành một lỗ. Bởi vì nguyên tử silicon ban đầu được bao quanh bởi 4 điện tử, và nguyên tử boron chỉ được bao quanh bởi 3 điện tử, các lỗ trống cũng sẽ được tạo ra khi nó được pha tạp vào cấu trúc tinh thể ban đầu. Không có điện tử, lỗ trống này rất không ổn định và dễ dàng hút các điện tử khác để tạo thành chất bán dẫn loại P.
Khi pha tạp chất photpho vào tinh thể silic, do có 5 electron xung quanh nguyên tử photpho nên electron thừa sẽ hoạt động rất mạnh, tạo thành chất bán dẫn loại N. Có nhiều lỗ trống trong chất bán dẫn loại P, và có nhiều electron tự do hoạt động trong chất bán dẫn loại N. Khi hai mặt tiếp xúc, các electron tự do này sẽ tìm lỗ trống và lấp đầy chúng. Bề mặt tiếp xúc giữa hai mặt này sẽ tạo thành một sự khác biệt tiềm ẩn, đó là một điểm tiếp giáp PN. Mặt loại P tích điện dương và âm, mặt loại N tích điện dương.
Khi nhận được ánh sáng, năng lượng chứa trong ánh sáng sẽ được chuyển đến chất bán dẫn. Năng lượng này sẽ nới lỏng cấu trúc của các electron và chuyển động tự do. Điều này là do năng lượng ánh sáng mặt trời sẽ tách các electron và lỗ trống. Trong trường hợp bình thường, một photon với một năng lượng nhất định sẽ giải phóng một electron, điều này chỉ xảy ra để tạo thành một lỗ trống tự do. Nếu điều này xảy ra ngay gần bề mặt tiếp xúc và khi bị thu hút bởi điện trường bên trong, các electron sẽ chảy vào vùng n, và các lỗ trống sẽ chảy vào vùng P, tạo thành dòng điện từ vùng loại N sang vùng P- khu loại. Nhà máy điện của pin được hình thành. Điện được hình thành bởi điện áp, được sử dụng để sạc.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng chất bán dẫn không phải là chất dẫn điện tốt, các điện tử chạy qua tiếp giáp PN rồi chảy trong chất bán dẫn sẽ gây ra tổn thất nhiều. Do đó, lớp trên thường được phủ một lớp kim loại. Tuy nhiên, nếu nó được sơn hoàn toàn, nó sẽ làm cho ánh sáng mặt trời không thể đi qua. Trong các trường hợp bình thường, một lưới kim loại được sử dụng để che mối nối PN. Một điều cần lưu ý nữa là bề mặt của silicon có tính phản chiếu cao. Nếu nó không được xử lý, một lượng lớn ánh sáng mặt trời sẽ bị phản chiếu. Để giải quyết vấn đề này, nhà sản xuất đèn đường năng lượng mặt trời thường sẽ phủ thêm một lớp màng bảo vệ có hệ số phản xạ thấp trên tấm pin mặt trời. Tổn thất do phản chiếu sẽ được kiểm soát trong vòng 5 phần trăm.
