เซลล์แสงอาทิตย์: หลักการการทำงานและโครงสร้าง (รวมแผนภาพ)

เซลล์แสงอาทิตย์คืออะไร

เซลล์แสงอาทิตย์ (หรือเรียกว่าเซลล์โฟโตโวลตาอิก หรือ PV cell) คืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านผลโฟโตโวลตาอิก เซลล์แสงอาทิตย์โดยพื้นฐานแล้วคือไดโอด p-n จังชัน เซลล์แสงอาทิตย์เป็นรูปแบบหนึ่งของเซลล์โฟโตอิเล็กทริก ซึ่งถูกกำหนดว่าเป็นอุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า เช่น กระแส แรงดัน หรือความต้านทาน ที่เปลี่ยนแปลงเมื่อถูกส่องด้วยแสง

เซลล์แสงอาทิตย์แต่ละเซลล์สามารถรวมกันเพื่อสร้างโมดูลที่รู้จักกันในชื่อแผงโซลาร์เซลล์ สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนเดี่ยวจังชันทั่วไปสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าแบบเปิดวงจรสูงสุดประมาณ 0.5 ถึง 0.6 โวลต์ ด้วยตัวเองนั้นมันไม่มาก - แต่จำไว้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้มีขนาดเล็ก เมื่อรวมเข้ากับแผงโซลาร์ขนาดใหญ่ สามารถสร้างพลังงานทดแทนได้มาก

การสร้างเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์โดยพื้นฐานแล้วคือไดโอดจังชัน แม้ว่าโครงสร้างของมันจะแตกต่างจากไดโอดจังชัน p-n ทั่วไปเล็กน้อย ชั้นเซมิคอนดักเตอร์ p-type ที่บางมากถูกเจริญบนชั้น n-type ที่หนากว่า เราใช้อิเล็กโทรดบางๆ บนชั้น p-type ชั้นเหล่านี้ไม่ขวางแสงที่จะเข้าถึงชั้น p-type ที่บาง ใต้ชั้น p-type มีจังชัน p-n เราให้อิเล็กโทรดเก็บกระแสที่ด้านล่างของชั้น n-type เราห่อหุ้มชุดประกอบทั้งหมดด้วยกระจกบางๆ เพื่อป้องกันเซลล์แสงอาทิตย์จากแรงกระแทกทางกล

เมื่อแสงถึงจังชัน p-n อนุภาคแสงสามารถเข้าสู่จังชันผ่านชั้น p-type ที่บาง พลังงานแสงในรูปของโฟตอนให้พลังงานเพียงพอแก่จังชันเพื่อสร้างคู่อิเล็กตรอน-หลุม แสงที่ตกกระทบทำลายภาวะสมดุลทางความร้อนของจังชัน อิเล็กตรอนเสรีในเขตการสลายตัวสามารถเคลื่อนที่ไปยังด้าน n-type ของจังชันได้อย่างรวดเร็ว

เช่นเดียวกัน หลุมในเขตการสลายตัวสามารถเคลื่อนที่ไปยังด้าน p-type ของจังชันได้อย่างรวดเร็ว เมื่ออิเล็กตรอนใหม่ที่สร้างขึ้นมาถึงด้าน n-type แล้ว ไม่สามารถข้ามจังชันได้เนื่องจากศักย์กำแพงของจังชัน ในทำนองเดียวกัน หลุมใหม่ที่สร้างขึ้นเมื่อมาถึงด้าน p-type ก็ไม่สามารถข้ามจังชันได้เนื่องจากศักย์กำแพงของจังชัน เมื่อความเข้มข้นของอิเล็กตรอนสูงขึ้นในด้านหนึ่ง (n-type) และความเข้มข้นของหลุมสูงขึ้นในอีกด้านหนึ่ง (p-type) จังชัน p-n จะแสดงพฤติกรรมเหมือนแบตเตอรี่เล็กๆ แรงดันที่เกิดขึ้นเรียกว่าแรงดันโฟโต ถ้าเราเชื่อมโหลดเล็กๆ ที่จังชัน จะมีกระแสเล็กๆ ไหลผ่าน

คุณสมบัติ V-I ของเซลล์โฟโตโวลตาอิก

วัสดุที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์

วัสดุที่ใช้สำหรับวัตถุประสงค์นี้ต้องมีช่องว่างพลังงานใกล้เคียง 1.5 eV วัสดุที่ใช้ทั่วไปคือ-

1. ซิลิคอน

2. GaAs

3. CdTe

4. CuInSe2

เกณฑ์สำหรับวัสดุที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์

1. ต้องมีช่องว่างพลังงานระหว่าง 1 eV ถึง 1.8 eV

2. ต้องมีการดูดซับแสงสูง

3. ต้องมีความนำไฟฟ้าสูง

4. วัสดุต้องมีอยู่ในปริมาณมากและราคาต่ำ

ข้อดีของเซลล์แสงอาทิตย์

1. ไม่มีมลพิษ

2. มีอายุการใช้งานยาวนาน

3. ไม่มีค่าบำรุงรักษา

ข้อเสียของเซลล์แสงอาทิตย์

1. มีค่าติดตั้งสูง

2. มีประสิทธิภาพต่ำ

3. ในวันที่มีเมฆมาก ไม่สามารถผลิตพลังงานได้ และในเวลากลางคืนจะไม่ได้รับพลังงานแสงอาทิตย์

การใช้งานระบบผลิตพลังงานแสงอาทิตย์

1. สามารถใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่

2. ใช้ในเครื่องวัดแสง

3. ใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับเครื่องคิดเลขและนาฬิกาข้อมือ

4. สามารถใช้ในยานอวกาศเพื่อจ่ายพลังงานไฟฟ้า

สรุป: แม้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์จะมีข้อเสียบางประการ แต่ข้อเสียนั้นคาดว่าจะลดลงเมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้า เนื่องจากเทคโนโลยีก้าวหน้า ค่าใช้จ่ายของแผงโซลาร์และค่าติดตั้งจะลดลง ทำให้ทุกคนสามารถติดตั้งระบบได้ นอกจากนี้ รัฐบาลยังให้ความสำคัญกับพลังงานแสงอาทิตย์ ดังนั้นในอนาคตเราอาจคาดหวังว่าทุกครัวเรือนและระบบไฟฟ้าจะใช้พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานทดแทน

คำแถลง: ขอขอบคุณบทความดีๆ ที่ควรแชร์ หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ