แผงเซลล์แสงอาทิตย์ทำงานโดยอนุญาตให้โฟตอน (อนุภาคของแสง) จากแสงแดดเพื่อให้อิเล็กตรอนหลุดจากอะตอม ซิลิคอนในตัวของมันเองไม่สามารถพกกระแสไฟฟ้าได้นั่นคือเหตุผลว่าทำไมซิลิคอนที่พบในอนุภาคแสงอาทิตย์นั้นไม่บริสุทธิ์และรวมกับฟอสฟอรัส เมื่อรวมกับฟอสฟอรัสอิเล็กตรอนจะถูกแยกออกจากกันเพื่อทำการประจุไฟฟ้า กระบวนการเพิ่มสิ่งสกปรกนี้เรียกว่าการเติม

ผลลัพธ์คือสิ่งที่เรียกว่าซิลิคอนชนิด N และสิ่งที่คุณพบบนพื้นผิวของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ด้านล่างเลเยอร์ของซิลิคอนชนิด N นั้นอยู่ตรงข้ามกับกระจก: ซิลิคอนชนิด P P-type ใช้สิ่งสกปรกจากองค์ประกอบเช่นแกลเลียมหรือโบรอนด้วยวิธีการที่วัสดุมีพื้นที่สำหรับอิเล็กตรอนอื่น ๆ สิ่งนี้สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ชั้นซิลิคอนชนิด N บนเป็นลบและซิลิคอนชนิด P นั้นเป็นบวก อิเล็กตรอนจะถูกหลุดออกจากอะตอมในชั้น N-type แล้วเคลื่อนที่ไปสู่ชั้น p-type เพื่อเติมเต็มช่องว่างของอิเล็กตรอนที่ว่างเปล่า การไหลของอิเล็กตรอนสร้างกระแสไฟฟ้า

สิ่งที่ทำให้แผงโซลาร์เซลล์?

แผงเซลล์แสงอาทิตย์ทำจากชั้นของซิลิกอน ซิลิคอนเป็นโครงสร้างผลึกที่แข็งและเปราะและเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดเป็นอันดับสองของโลก วัสดุกึ่งตัวนำนี้สามารถปลูกได้และนักวิทยาศาสตร์จะปลูกซิลิคอนในหลอดเป็นผลึกเดี่ยว จากนั้นพวกเขาคลี่ท่อออกและตัดแผ่นเป็น 'เวเฟอร์' ทำให้บางที่สุด แผงเซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่มีประสิทธิภาพระหว่าง 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ทศวรรษที่ผ่านมาแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีระดับประสิทธิภาพประมาณ 13% ใน 2019 มันเพิ่มขึ้นเป็น 20% ขีด จำกัด สูงสุดของซิลิคอนคือ 29% เนื่องจากลักษณะของซิลิคอน

สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ในอนาคตเพื่อแทนที่เซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันจากนั้นพวกเขาจะต้องสามารถจับแสงได้มากขึ้นมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการเปลี่ยนแสงให้เป็นพลังงานและมีราคาถูกกว่าการสร้างกว่าการออกแบบในปัจจุบัน

ตัวเลือกแรกสำหรับการปรับปรุงเซลล์แสงอาทิตย์คือการเพิ่มฮาร์ดแวร์ที่จะช่วยให้พวกเขาจับแสงได้มากขึ้นซึ่งหมายความว่าเราไม่จำเป็นต้องละทิ้งการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบัน สามารถติดตั้งอิเล็คทรอนิคส์ภายในเซลล์สุริยะที่ทำให้พวกเขาสามารถติดตามดวงอาทิตย์ขณะเคลื่อนที่ผ่านท้องฟ้าในเวลากลางวัน หากเซลล์สุริยะชี้ไปที่ดวงอาทิตย์อยู่เสมอมันจะช่วยให้แสงส่องกระทบเซลล์สุริยะได้มากขึ้นและในที่สุดก็สามารถผลิตพลังงานได้มากขึ้น ปัจจุบันการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถใช้งานฟังก์ชั่นนี้เป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่อง แต่นวัตกรรมในหน้านี้ยังคงดำเนินต่อไป อีกวิธีหนึ่งแทนที่จะทำให้เซลล์แสงอาทิตย์เคลื่อนที่เราสามารถติดตั้งกระจกเพื่อโฟกัสแสงไปยังเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีขนาดเล็กลงดังนั้นจึงถูกกว่า

อีกเส้นทางในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์คือการกำหนดเป้าหมายประสิทธิภาพ เซลล์สุริยะที่มีวัสดุจับแสงมากกว่าหนึ่งชั้นสามารถจับแสงได้มากกว่า เมื่อเร็ว ๆ นี้เซลล์สุริยะที่ผ่านการทดสอบในห้องปฏิบัติการภายในสี่ชั้นสามารถจับแสงได้ด้วยประสิทธิภาพ 46% เซลล์เหล่านี้ส่วนใหญ่ยังคงมีราคาแพงเกินไปและผลิตยากสำหรับใช้ในเชิงพาณิชย์ แต่การวิจัยอย่างต่อเนื่องอาจทำให้เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงเหล่านี้เป็นบรรทัดฐานใหม่ในหนึ่งวัน

ในอนาคตอันใกล้เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนมีแนวโน้มที่จะลดลงอย่างต่อเนื่องซึ่งจะทำให้พวกเขาสามารถเข้าถึงผู้คนได้มากขึ้นในอนาคตโดยเฉพาะในประเทศกำลังพัฒนา ในสหรัฐอเมริกาจะมีการคาดการณ์การลดต้นทุนเพื่อเพิ่มพลังงานแสงอาทิตย์ที่ผลิตโดย 500% โดย 2050 ในทางทฤษฎีเพื่อเพิ่มพลังงานให้กับโลกทั้งโลกอย่างที่เรารู้ตอนนี้เราต้องการ 4,000,000 ตารางเมตรของเซลล์แสงอาทิตย์ ทะเลทรายซาฮาร่ามีขนาด 3,600,000 ตารางเมตร

พลังงานแสงอาทิตย์มีศักยภาพเป็นอย่างมากประเทศส่วนใหญ่ที่ยังขาดไฟฟ้าเป็นประเทศที่มีแดดจัด สำหรับประเทศเหล่านี้ในการปรับใช้พลังงานแสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นปลอดภัยและสะอาดกว่าน้ำมันก๊าดพูด อย่างไรก็ตามไม่น่าเป็นไปได้ที่เราจะเห็นประเทศในยุโรปพึ่งพาพลังงานแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวเนื่องจากขาดแสงแดดที่สม่ำเสมอในระหว่างวัน

หลายปีต่อจากนี้เรามีแนวโน้มที่จะเห็นทางเลือกสำหรับซิลิคอนที่ปรากฎบนหลังคาและโซล่าฟาร์มของเราซึ่งจะช่วยให้แหล่งพลังงานสะอาดและหมุนเวียนได้ เราจะเห็นการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์และเทคโนโลยีใหม่ ๆ เพิ่มขึ้นจำนวนมากซึ่งจะทำให้เซลล์มีราคาถูกลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น