โซล่าเซลล์ (Solar cell) หรือ เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โซล่าเซลล์ถูกประดิษฐ์ขึ้นมาครั้งแรกในปี พ.ศ. 2497 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน 3 คน คือ Daryl Chapin, Calvin Fuller และ Gerald Pearson โซล่าเซลล์ในปัจจุบันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น การผลิตไฟฟ้า การสื่อสารโทรคมนาคม ยานอวกาศ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ
โครงสร้างของโซล่าเซลล์
โซล่าเซลล์ประกอบด้วยโครงสร้างพื้นฐาน 3 ส่วน ได้แก่
- สารกึ่งตัวนำ เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวนไฟฟ้า สารกึ่งตัวนำที่นิยมนำมาใช้ทำโซล่าเซลล์ ได้แก่ ซิลิคอน (Si) แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) และอินเดียมแกลเลียมฟอสเฟต (InGaP)
- รอยต่อ P-N เป็นบริเวณที่สารกึ่งตัวนำชนิด P และ N มาประกบกัน รอยต่อ P-N มีคุณสมบัติในการแยกประจุไฟฟ้า ทำให้อิเล็กตรอนและโฮลไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านกันได้
- ขั้วไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่นำไฟฟ้าออกจากโซล่าเซลล์
หลักการทำงานของโซล่าเซลล์
เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบสารกึ่งตัวนำของโซล่าเซลล์ แสงอาทิตย์จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำ อิเล็กตรอนที่ได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์จะมีพลังงานมากพอที่จะหลุดออกจากอะตอม กลายเป็นอิเล็กตรอนอิสระ อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้จะเคลื่อนที่ไปยังบริเวณที่ศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า คือขั้วลบของโซล่าเซลล์ ในขณะที่โฮล (ช่องว่างที่ขาดอิเล็กตรอน) จะเคลื่อนที่ไปยังบริเวณที่ศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า คือขั้วบวกของโซล่าเซลล์ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านโซล่าเซลล์
ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของโซล่าเซลล์
ประสิทธิภาพของโซล่าเซลล์ คือ อัตราส่วนของพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโซล่าเซลล์ต่อพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบโซล่าเซลล์ ประสิทธิภาพของโซล่าเซลล์ในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 20-25% ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของโซล่าเซลล์ ได้แก่
- ประเภทของสารกึ่งตัวนำ
- คุณภาพของรอยต่อ P-N
- อุณหภูมิของโซล่าเซลล์
- ทิศทางของแสงแดดที่ตกกระทบ
ประเภทของโซล่าเซลล์
โซล่าเซลล์สามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ตามลักษณะของโครงสร้างสารกึ่งตัวนำ ได้แก่
- โซล่าเซลล์แบบผลึกซิลิคอน (Monocrystalline solar cell) เป็นโซล่าเซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ผลิตจากแผ่นซิลิคอนผลึกเดี่ยว มีลักษณะเป็นแผ่นสี่เหลี่ยมผืนผ้า เรียบ และสม่ำเสมอ
- โซล่าเซลล์แบบผลึกซิลิคอนแบบฟอร์ม (Polycrystalline solar cell) เป็นโซล่าเซลล์ที่มีประสิทธิภาพรองลงมา ผลิตจากแผ่นซิลิคอนผลึกรวม มีลักษณะเป็นแผ่นสี่เหลี่ยมผืนผ้า มีสีน้ำตาลหรือดำ ผิวไม่เรียบเท่าโซล่าเซลล์แบบผลึกซิลิคอน
- โซล่าเซลล์แบบฟิล์มบาง (Thin-film solar cell) เป็นโซล่าเซลล์ที่มีประสิทธิภาพต่ำสุด ผลิตจากแผ่นสารกึ่งตัวนำบางๆ เช่น ซิลิคอนอะมอร์ฟัส (amorphous silicon) คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมไดเซเลนไนไตรด์ (CIGS) และแคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) มีลักษณะเป็นแผ่นบางๆ ยืดหยุ่นได้
ข้อดีและข้อเสียของโซล่าเซลล์
ข้อดีของโซล่าเซลล์
- เป็นพลังงานสะอาด ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ
- สามารถใช้ได้ในทุกที่ที่มีแสงอาทิตย์
- มีอายุการใช้งานยาวนาน
ข้อเสียของโซล่าเซลล์
- ต้นทุนในการติดตั้งสูง
- ประสิทธิภาพต่ำ
- ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ในเวลากลางคืน
อนาคตของโซล่าเซลล์
โซล่าเซลล์เป็นพลังงานทดแทนที่มีศักยภาพสูง เนื่องจากเป็นพลังงานสะอาด ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ สามารถใช้ได้ในทุกที่ที่มีแสงอาทิตย์ และมีอายุการใช้งานยาวนาน ในปัจจุบัน เทคโนโลยีโซล่าเซลล์มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ทำให้ประสิทธิภาพของโซล่าเซลล์สูงขึ้น ต้นทุนในการติดตั้งลดลง และสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้นในอนาคต คาดว่าโซล่าเซลล์จะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการเป็นแหล่งพลังงานของโลก
