Pin mặt trời có mặt trên thị trường cách đây hơn 100 năm. Tuy nhiên, pin mặt trời thời kỳ đầu hoạt động kém hiệu quả, phải ko được sử dụng rộng rãi. Hiệu suất của chúng dần được cải thiện lúc Phòng thí nghiệm Bell (Bell Labs) ở Mỹ lớn mạnh những tế bào quang điện khiến từ tinh thể silic (Si) vào năm 1954.

Để mua hiểu pin mặt trời, chúng ta quay trở lại mang 1 quan sát ban đầu về hiệu ứng quang điện năm 1839. Nhà vật lý người Pháp Alexandre-Edmond Becquerel (con trai của nhà vật lý Antoine Cesar Becquerel và cha của nhà vật lý Henri Becquerel) trong lúc đang khiến việc mang những điện cực kim dòng trong dung dịch điện phân thì ông nhận thấy sự xuất hiện của mẫu điện yếu trường hợp những kim dòng xúc tiếp với ánh sáng. Tuy nhiên, ông ko thể giảng giải hiện tượng trên.

Vài thập kỷ sau, kỹ sư người Anh Willoughby Smith phát hiện tính quang quẻ dẫn của selen (Se) lúc thí điểm những vật liệu cho dây cáp điện báo dưới nước vào năm 1873. Đến năm 1883, nhà phát minh người Mỹ Charles Fritts chế tạo pin mặt trời thứ nhất khiến cho từ selen. Fritts hy vọng pin năng lượng mặt trời của ông với thể cạnh tranh với các nhà máy điện chạy bằng than của Thomas Edison. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện của chúng phải chăng hơn 1% nên tính ứng dụng thực tiễn không cao. Những nghiên cứu về hiệu ứng quang điện của selen tiếp tục diễn ra trong rộng rãi năm sau đó và các nhà khoa học cũng mua ra 1 số áp dụng cụ thể, nhưng chúng đều không được tiêu dùng rộng rãi.

Năm 1940, Russell Shoemaker Ohl, nhà nghiên cứu chất bán dẫn tại Bell Labs, đã có những khám phá mới là tiền đề để sản xuất pin mặt trời silic. Khi nghiên cứu 1 số cái tinh thể silic, ông nhận thấy một chiếc đặc biệt với vết nứt ở chính giữa. Điều thú vị là loại điện có thể chạy qua loại vật này lúc nó tiếp xúc sở hữu ánh sáng. Vết nứt đánh dấu ranh con giới giữa hai vùng tinh thể silic đựng chừng độ tạp chất khác nhau và chúng tích điện trái dấu. Ohl đã vô tình tạo ra một lớp chuyển tiếp p – n, nền móng của tế bào quang đãng điện được tiêu dùng đa dạng ngày nay. Điện tích dương dôi thừa tích tụ ở một bên của lớp chuyển tiếp p – n và điện tích âm dư thừa tích tụ ở bên còn lại tạo ra điện trường. Khi tinh thể silic kết nối có mạch điện kín, photon ánh sáng chiếu vào nó sở hữu thể đánh bật các electron trong mạng tinh thể để tạo ra dòng điện (dòng chuyển dịch mang hướng của những hạt mang điện).

Tuy nhiên, tế bào quang quẻ điện silic với tính ứng dụng thực tại chỉ được tạo ra 13 năm sau đó bởi một nhóm các nhà công nghệ khiến việc ở Bell Labs.

Cùng lúc đó, nhà hóa học Calvin Fuller và nhà vật lý Gerald Pearson đang nghiên cứu cách kiểm soát các đặc tính của chất bán dẫn bằng phương pháp pha trộn nó có tạp chất. Fuller đưa cho Pearson một tấm silic cất tạp chất gali (Ga). Sự có mặt của gali làm cho cho tấm silic tích sẵn điện dương. Khi Pearson nhúng tấm silic trong bể cất liti (Li) nóng chảy, ông nhận thấy phần silic ngập trong liti sẽ tích điện âm. Vị trí tiếp giáp giữa phần tích điện âm và phần tích điện dương chính là lớp chuyển tiếp p – n. Pearson nối tấm silic mang một ampe kế và chiếu ánh sáng vào bề mặt của nó. Số chỉ của ampe kế tăng vọt làm hai nhà kỹ thuật vô cộng ngạc nhiên.Năm 1953, Daryl Chapin - kỹ sư nghiên cứu về các vật liệu từ tính tại Bell Labs - cố gắng tăng trưởng một nguồn cấp điện cho hệ thống điện thoại ở các khu vực heo hút có khí hậu ẩm ướt, nơi những cục pin khô lưu trữ điện bị xuống cấp quá nhanh. Trong khi Chapin tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế, ông tin rằng điện mặt trời là 1 trong các nguồn năng lượng hứa hẹn nhất. Ông đã tiến hành thể nghiệm pin mặt trời selen, nhưng thấy chúng hoạt động kém hiệu quả.

Với phát hiện này, Pearson khuyên Chapin đừng tiêu hao thời gian cho pin mặt trời selen, thay vào đó hãy chuyển sang dùng vật liệu silic. Cả ba nhà khoa học mất đa dạng tháng thể nghiệm để cung cấp và cải thiện năng suất hoạt động của tế bào quang điện silic. Cuối cùng, họ pha lẫn silic có tạp chất arsen (As) nhằm tạo ra chất bán dẫn cái n (hạt vận tải điện trong bán dẫn cái n chủ yếu là electron), và pha lẫn silic sở hữu tạp chất Bo (B) để tạo ra chất bán dẫn loại p (hạt tải điện trong bán dẫn dòng p cốt yếu là lỗ trống). Khi ghép hai lớp chất bán dẫn dòng n và p đề cập trên, nhóm nghiên cứu khéo léo gần xếp sao cho lớp chuyển tiếp p – n nằm gần bề mặt của tế bào quang điện, giúp nó nhận được đa dạng photon ánh sáng hơn. Sau lúc thực hiện 1 số cải tiến cho mẫu mã này, họ liên kết các tế bào quang quẻ điện silic mang nhau nhằm tạo ra tấm pin năng lượng mặt trời silic kích thước lớn.

Nhóm nghiên cứu tại Bell Labs ban bố sáng chế pin mặt trời silic vào ngày 25/4/1954. Họ biểu diễn trước công chúng bằng cách tiêu dùng pin năng lượng mặt trời silic phân phối điện cho một mẫu đu quay đồ chơi đường kính 50 cm và một máy phát vô tuyến điện.

Những tấm pin mặt trời silic trước tiên của Bell Labs đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng khoảng 6%. Đây là sự tiến bộ lớn so với bất kỳ loại pin mặt trời nào khác được phân phối trước đó.

Tờ New York Times viết rằng, pin mặt trời silic có mặt trên thị trường đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới, cuối cộng sẽ dẫn tới việc thực hiện 1 trong những giấc mơ lớn nhất của con người – đấy là việc khai thác năng lượng sắp như vô hạn của Mặt trời để tiêu dùng cho nền văn minh nhân loại.

Thời gian đầu, công đoạn sản xuất pin mặt trời silic cực kỳ tốn kém bắt buộc những nỗ lực thương nghiệp hóa nó ko thành công như mong đợi. Tuy nhiên, Chapin mau chóng khắc phục vấn đề này. Ông đã tậu ra phương pháp đơn giản hóa công đoạn cung cấp pin mặt trời silic, thậm chí ông còn nghĩ ra một thể nghiệm khoa học đơn giản về pin mặt trời cho học sinh trung học. Năm 2008, ba nhà khoa học Chapin, Fuller và Pearson vinh diệu được đưa ghi tên vào Hội trường Danh vọng Các nhà phát minh Quốc gia Mỹ (NIHF).
Đọc thêm 10 bài viết về lĩnh vực điện mặt trời tại đây:

• Hiệu Quả Năng Lượng Của Hệ Thống Điện Mặt Trời Trong Mùa Đông
• Sử dụng điện mặt trời có an toàn không?
• Độc lạ điện mặt trời nằm trên bãi rác, tiết kiệm hàng trăm mét vuông đất
• Singapore mua 1,2 GW từ nguồn điện sạch của Việt Nam
• Bảo dưỡng & bảo trì hệ thống điện mặt trời (O&M)
• Khi tấm pin mặt trời trở thành tác phẩm nghệ thuật
• Phát minh biến nước biển thành nước ngọt bằng năng lượng mặt trời
• Năng lượng Mặt Trời và Giải Pháp cho Vấn Đề Biến Đổi Khí Hậu
• Tình hình ngành điện mặt trời châu Âu gặp khó khăn khi cạnh tranh với hàng Trung Quốc
• Chinh Phục Đêm Vô Tận: Năng Lượng Mặt Trời Ánh Sáng Trong Màn Đêm Tại Bắc Cực
   

Ngày nay, pin mặt trời được sử dụng khá phổ biến, từ việc phân phối năng lượng cho những vệ tinh, ôtô, máy bay, tàu vũ trụ,…cho tới các tấm pin mặt trời lắp đặt trên mái nhà để cấp điện cho từng hộ gia đình. Những mẫu mã mới và vật liệu hiện đại đã giúp pin mặt trời đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện trên 40%. Nhưng ko giới hạn lại ở đó, các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu, tăng trưởng những tấm pin mặt trời hiện đại hơn mang mục đích giảm tầm giá sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động, khiến cho tăng khả năng khó khăn của năng lượng mặt trời so mang nhiên liệu hóa thạch.