แผงโซล่าเซลล์ ---- เซลล์แบตเตอรี่

เซลล์แสงอาทิตย์เป็นองค์ประกอบโฟโตอิเล็กทริกชนิดหนึ่งที่สามารถแปลงพลังงานได้ โครงสร้างพื้นฐานของเซลล์แสงอาทิตย์เกิดจากการรวมตัวของสารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด N วัสดุพื้นฐานที่สุดของสารกึ่งตัวนำคือ "ซิลิกอน" ซึ่งไม่นำไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม หากเติมสิ่งเจือปนต่าง ๆ ลงในสารกึ่งตัวนำ ก็จะสามารถสร้างสารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด N ได้ จากนั้น ความต่างศักย์ระหว่างสารกึ่งตัวนำชนิด P ที่มีรู (สารกึ่งตัวนำชนิด P ไม่มีอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ซึ่งสามารถถือได้ว่าเป็นประจุบวกเพิ่มเติม) และสารกึ่งตัวนำชนิด N ที่มีอิเล็กตรอนอิสระเพิ่มเติม จะถูกใช้เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า ดังนั้น เมื่อแสงแดดส่อง พลังงานแสงจะกระตุ้นอิเล็กตรอนในอะตอมของซิลิกอน และก่อให้เกิดการพาความร้อนของอิเล็กตรอนและรู อิเล็กตรอนและรูเหล่านี้จะได้รับผลกระทบจากศักย์ในตัวและถูกดึงดูดโดยสารกึ่งตัวนำชนิด N และชนิด P ตามลำดับ และรวมตัวกันที่ปลายทั้งสองด้าน ในขณะนี้ หากภายนอกเชื่อมต่อด้วยอิเล็กโทรดเพื่อสร้างวงจร นี่คือหลักการผลิตพลังงานเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทตามสถานะผลึก: ประเภทฟิล์มบางผลึกและประเภทฟิล์มบางที่ไม่ใช่ผลึก (ต่อไปนี้เรียกว่า a-) โดยประเภทฟิล์มบางผลึกเดี่ยวแบ่งออกได้อีกเป็นประเภทผลึกเดี่ยวและประเภทโพลีคริสตัลไลน์

ตามวัสดุสามารถแบ่งได้เป็นประเภทฟิล์มบางซิลิกอน ประเภทฟิล์มบางเซมิคอนดักเตอร์แบบผสมและประเภทฟิล์มอินทรีย์ และประเภทฟิล์มบางเซมิคอนดักเตอร์แบบผสมยังแบ่งเพิ่มเติมอีกเป็นประเภทที่ไม่ใช่ผลึก (a-Si:H, a-Si:H:F, a-SixGel-x:H เป็นต้น) กลุ่ม IIIV (GaAs, InP เป็นต้น) กลุ่ม IIVI (ซีรีส์ Cds) และสังกะสีฟอสไฟด์ (Zn3p2) เป็นต้น

ตามวัสดุที่แตกต่างกันที่ใช้ เซลล์แสงอาทิตย์สามารถแบ่งออกได้เป็น เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอน เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางหลายสารประกอบ เซลล์แสงอาทิตย์แบบพอลิเมอร์อิเล็กโทรดดัดแปลงหลายชั้น เซลล์แสงอาทิตย์ระดับนาโนคริสตัลไลน์ เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ เซลล์แสงอาทิตย์แบบพลาสติก โดยเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอนเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีการพัฒนาเต็มที่และโดดเด่นที่สุดในการใช้งาน

1.เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอน

เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบผลึกเดี่ยว เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางซิลิคอนแบบโพลีคริสตัลไลน์ และเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางซิลิคอนแบบอะมอร์ฟัส

(1) เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวมีประสิทธิภาพการแปลงสูงสุดและเทคโนโลยีที่เป็นผู้ใหญ่ที่สุด ประสิทธิภาพการแปลงสูงสุดในห้องปฏิบัติการคือ 24.7% และประสิทธิภาพในการผลิตขนาดใหญ่คือ 15% (ณ ปี 2011 คือ 18%) ยังคงครองตำแหน่งที่โดดเด่นในการใช้งานขนาดใหญ่และการผลิตในอุตสาหกรรม แต่เนื่องจากต้นทุนของซิลิคอนผลึกเดี่ยวสูง จึงยากที่จะลดต้นทุนได้อย่างมาก เพื่อประหยัดวัสดุซิลิคอน ฟิล์มบางซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์และฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัสได้รับการพัฒนาเป็นทางเลือกแทนเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว

(2) เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางซิลิคอนผลึกเดี่ยว เซลล์เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางซิลิคอนผลึกเดี่ยวจะมีราคาถูกกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าเซลล์เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัส ประสิทธิภาพการแปลงสูงสุดในห้องปฏิบัติการคือ 18% และประสิทธิภาพการแปลงของการผลิตในระดับอุตสาหกรรมคือ 10% (ณ ปี 2011 อยู่ที่ 17%) ดังนั้น เซลล์เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางซิลิคอนผลึกเดี่ยวจะครองตำแหน่งผู้นำในตลาดเซลล์เซลล์แสงอาทิตย์ในไม่ช้านี้

(3) เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐานมีต้นทุนต่ำและมีน้ำหนักเบา มีประสิทธิภาพการแปลงสูง ผลิตจำนวนมากได้ง่าย และมีศักยภาพที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวัสดุของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้มีผลกระทบด้านการสลายตัวของประสิทธิภาพโฟโตอิเล็กทริก ทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ไม่มีเสถียรภาพสูง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการใช้งานจริง หากสามารถแก้ปัญหาด้านเสถียรภาพได้เพิ่มเติม และปรับปรุงอัตราการแปลงให้ดีขึ้น เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนอสัณฐานจะเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์พัฒนาหลักของเซลล์แสงอาทิตย์อย่างไม่ต้องสงสัย

2. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางผลึก

เซลล์ฟิล์มบางโพลีคริสตัลไลน์ เซลล์ฟิล์มบางโพลีคริสตัลไลน์ของแคดเมียมซัลไฟด์และแคดเมียมเทลลูไรด์มีประสิทธิภาพมากกว่าเซลล์เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางซิลิคอนอะมอร์ฟัส ราคาถูกกว่าเซลล์ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ และผลิตจำนวนมากได้ง่าย อย่างไรก็ตาม แคดเมียมมีพิษสูงและจะก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรง ดังนั้น เซลล์นี้จึงไม่ใช่ทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึก

ประสิทธิภาพการแปลงของเซลล์สารประกอบแกเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) III-V สามารถสูงถึง 28% วัสดุสารประกอบ GaAs มีแบนด์แก๊ปออปติกที่เหมาะสมมากและประสิทธิภาพการดูดซับสูง ทนทานต่อรังสีได้ดี และไม่ไวต่อความร้อน เหมาะสำหรับการผลิตเซลล์จุดต่อเดียวประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม ราคาของวัสดุ GaAs ค่อนข้างสูง ซึ่งจำกัดความนิยมของเซลล์ GaAs อย่างมาก

เซลล์ฟิล์มบางคอปเปอร์อินเดียมเซเลไนด์ (CIS) เหมาะสำหรับการแปลงไฟฟ้าแสง ไม่มีปัญหาการเสื่อมสภาพที่เกิดจากแสง และมีประสิทธิภาพการแปลงเท่ากับซิลิกอนโพลีคริสตัลไลน์ ด้วยข้อดีของราคาถูก ประสิทธิภาพดี และกระบวนการที่เรียบง่าย จึงกลายเป็นแนวทางสำคัญสำหรับการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ในอนาคต ปัญหาเดียวคือแหล่งที่มาของวัสดุ เนื่องจากอินเดียมและซีลีเนียมเป็นธาตุที่ค่อนข้างหายาก การพัฒนาแบตเตอรี่ประเภทนี้จึงจำกัดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

3.เซลล์แสงอาทิตย์โพลีเมอร์อินทรีย์

การทดแทนวัสดุอนินทรีย์ด้วยพอลิเมอร์อินทรีย์เป็นแนวทางการวิจัยที่พัฒนาขึ้นใหม่สำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ เนื่องด้วยข้อได้เปรียบของความยืดหยุ่นที่ดี การผลิตที่ง่าย แหล่งวัสดุที่หลากหลาย และต้นทุนของวัสดุอินทรีย์ที่ต่ำ จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในปริมาณมากและการจัดหาไฟฟ้าราคาถูก อย่างไรก็ตาม การวิจัยเกี่ยวกับการเตรียมเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยวัสดุอินทรีย์เพิ่งเริ่มต้นขึ้น ยังต้องมีการศึกษาและสำรวจเพิ่มเติมว่าสามารถพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติได้หรือไม่

4.เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนาโนคริสตัลไลน์

เซลล์แสงอาทิตย์แบบนาโนคริสตัลไลน์ได้รับการพัฒนาขึ้นใหม่ ข้อดีคือมีต้นทุนต่ำ กระบวนการง่าย และประสิทธิภาพที่เสถียร ประสิทธิภาพโฟโตอิเล็กทริกมีเสถียรภาพมากกว่า 10% และต้นทุนการผลิตเพียง 1/5 ถึง 1/10 ของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอน อายุการใช้งานอาจยาวนานกว่า 20 ปี การวิจัยและพัฒนาแบตเตอรี่ดังกล่าวเพิ่งเริ่มต้นขึ้น และจะค่อย ๆ เข้าสู่ตลาดในอนาคตอันใกล้นี้