เซลล์แสงอาทิตย์ วิธีการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง

เซลล์แสงอาทิตย์ แผงโซลาร์เซลล์เป็นไอคอนที่ยั่งยืน ของการแสวงหาพลังงานหมุนเวียน คุณจะเห็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าสีดำบนหลังคาบ้าน หรือประกอบกันเป็นอาร์เรย์ทั่วทุ่งนาและทุ่งหญ้า แต่แผงอย่างที่เราทราบมา 5.5 ฟุต x 2.75 ฟุต x 2 นิ้ว อาจเป็นประวัติศาสตร์นั่นเป็นเพราะเทคโนโลยีประเภทใหม่ พร้อมที่จะเข้ามาแทนที่แผงเวเฟอร์ซิลิคอนแบบเดิม ซึ่งเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า

หลังจากปี 2010 กำลังการผลิตจะเพิ่มขึ้นมากขึ้น เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางหาทางเข้าไปในอาคารพาณิชย์ และบ้านพักอาศัยที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ตั้งแต่แคลิฟอร์เนียไปจนถึงเคนยาจนถึงจีน นอกจากความยืดหยุ่นแล้วเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง สามารถเปรียบเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมได้อย่างไร

ทำไมพวกเขาถึงประหยัดค่าใช้จ่ายมากขึ้น และพวกมันเป็นแหล่งพลังงานประเภทหนึ่ง ที่จะทำให้พลังงานแสงอาทิตย์เป็นทางเลือกที่เป็นไปได้จริง แทนถ่านหินและพลังงานนิวเคลียร์หรือไม่ เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางคืออะไร หากคุณเคยใช้เครื่องคิดเลขพลังงานแสงอาทิตย์ เห็นได้ชัดว่าเซลล์ขนาดเล็กในเครื่องคิดเลขนั้นไม่ใหญ่เทอะทะ ส่วนใหญ่มีความยาวประมาณ 1 นิ้วประมาณ 2.5 เซนติเมตร กว้าง 1/4 นิ้ว

รวมถึงแผ่นบางความบางของเซลล์เป็นลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยี ซึ่งแตกต่างจากเซลล์ซิลิคอนเวเฟอร์ซึ่งมีชั้นดูดซับแสง ซึ่งปกติมีความหนา 350 ไมครอน เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง มีชั้นดูดซับแสง ที่มีความหนาเพียง 1 ไมครอน สำหรับการอ้างอิงไมครอนคือหนึ่งในล้านของเมตร 1/1,000,000 เมตรหรือ 1 ไมโครเมตร ผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางเริ่มสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ โดยวางวัสดุดูดซับแสงซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์หลายชั้นลงบนพื้นผิว

เช่นแก้วหรือพลาสติกที่เคลือบไว้ วัสดุที่ใช้เป็นเซมิคอนดักเตอร์ไม่ต้องหนาเพราะดูดซับพลังงาน จากแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง มีน้ำหนักเบา ทนทานและใช้งานง่าย เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางมีสามประเภทหลัก ขึ้นอยู่กับประเภทของสารกึ่งตัวนำที่ใช้อะมอร์ฟัสซิลิคอน a-Si แคดเมียมเทลลูไรด์ แคดเมียมลลูไรด์และคอปเปอร์อินเดียมแกลเลียม

เดเซเลไนด์ CIGS อะมอร์ฟัสซิลิคอนนั้นเป็นเซลล์ซิลิคอนเวเฟอร์แบบดั้งเดิมที่ตัดแต่งลง ด้วยเหตุนี้ a-Si จึงเป็นที่เข้าใจกันดีและมักใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งเกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์ a-Si คือวัสดุที่ใช้สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ ซิลิคอนนั้นหาได้ไม่ง่ายนักในตลาด ซึ่งอุปสงค์มักมีมากกว่าอุปทานแต่เซลล์ a-Si เองก็ไม่ได้มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ พวกเขาประสบกับการลดกำลังลงอย่างมาก

เมื่อสัมผัสกับแสงแดดเซลล์ a-Si ที่บางกว่าสามารถชนะปัญหานี้ได้ แต่ชั้นที่บางกว่าก็ดูดซับแสงแดดได้น้อยลงเช่นกัน เมื่อนำมารวมกันคุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เซลล์ a-Si นั้นยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานขนาดเล็ก เช่น เครื่องคิดเลข แต่ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่ เช่น อาคารพลังงานแสงอาทิตย์ ความก้าวหน้าที่คาดหวังในเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง ที่ไม่ใช่ซิลิคอนกำลังเริ่มที่จะเอาชนะปัญหาที่เกี่ยวข้องกับซิลิคอนอสัณฐาน

ถัดไปเราจะดูเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางแบบแคดเมียมลลูไรด์ และ CIGS เพื่อดูว่าเปรียบเทียบกันอย่างไร โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง เนื่องจากโครงสร้างและหน้าที่เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับ เซลล์แสงอาทิตย์ ลองใช้เวลาสักครู่ เพื่อทบทวนวิธีการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ วิทยาศาสตร์พื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง นั้นเหมือนกับเซลล์ซิลิคอนเวเฟอร์แบบดั้งเดิม เซลล์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์อาศัยสารที่เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์

สารกึ่งตัวนำเป็นฉนวนในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่สามารถนำไฟฟ้าได้เมื่อได้รับความร้อนหรือรวมกับวัสดุอื่น สารกึ่งตัวนำที่ผสมหรือเจือกับฟอสฟอรัสจะพัฒนาอิเล็กตรอนอิสระส่วนเกิน สิ่งนี้เรียกว่าสารกึ่งตัวนำชนิด n สารกึ่งตัวนำที่เจือด้วยวัสดุอื่นๆ เช่น โบรอนทำให้เกิดรูส่วนเกินที่รับอิเล็กตรอนได้ สิ่งนี้เรียกว่าสารกึ่งตัวนำชนิด p เซลล์แสงอาทิตย์รวมวัสดุชนิด n และชนิด p โดยมีชั้นที่อยู่ระหว่างชั้นที่เรียกว่าจุดเชื่อมต่อ แม้ในสภาวะที่ไม่มีแสงอิเล็กตรอนจำนวนเล็กน้อย

ซึ่งจะเคลื่อนที่ข้ามทางแยกจากสารกึ่งตัวนำชนิด n ไปยังสารกึ่งตัวนำชนิด p ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก เมื่อมีแสงโฟตอนจะขับอิเล็กตรอนจำนวนมากออกมา ซึ่งไหลผ่านทางแยกเพื่อสร้างกระแส กระแสไฟนี้สามารถใช้จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ได้ ตั้งแต่หลอดไฟไปจนถึงเครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือ เซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมใช้ซิลิคอนในชั้น n-type และ p-type เซลล์สุริยะแบบฟิล์มบางรุ่นใหม่ล่าสุดใช้ชั้นบางๆ ของแคดเมียมเทลลูไรด์

แคดเมียมลลูไรด์หรือคอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมเดสลีไนด์ CIGS แทน บริษัทหนึ่งชื่อ Nanosolar ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองซานโฮเซ รัฐแคลิฟอร์เนียได้พัฒนาวิธีทำให้วัสดุ CIGS เป็นหมึกที่มีอนุภาคนาโน อนุภาคนาโนคืออนุภาคที่มีขนาดอย่างน้อย 1 มิติน้อยกว่า 100 นาโนเมตร 1/1,000,000,000 เมตรมีอยู่ในรูปของอนุภาคนาโน ธาตุทั้ง 4 ประกอบตัวเองในการกระจายแบบสม่ำเสมอ เพื่อให้แน่ใจว่าอัตราส่วนอะตอมของธาตุนั้นถูกต้องเสมอ

บทความที่น่าสนใจ : น้ำ ความต้องการน้ำทางสรีรวิทยาขึ้นอยู่กับอายุ ธรรมชาติของงาน