เจาะลึกการทำงานโซล่าร์เซลล์
Solar Cell แผงแดด โซล่าร์เซลล์ ที่คนไทยชอบสะกดว่า โซล่าเซลล์ เป็นศัพท์ที่เข้าใจง่ายๆ แต่ยังนิยมเรียกอีกคำคือ Photo Voltaic Photo แปลความหมาย คือภาพ ซึ่งมาจาก การมองเห็นจากการสะท้อนของแสง Voltaic ก็มีที่มาจาก Volt หรือ แรงดันไฟ โฟโต้โวลตาอิค ก็แปลว่า เซลล์แสงอาทิตย์ , เซลล์สุริยะ , เซลล์ PhotoVoltaic ซึ่งก็มีที่มาจากคำว่า PhotoVoltaic นั่นเอง เพราะฉะนั้น จึงหมายถึง การผลิตไฟฟ้าจากแสงที่ตกกระทบวัตถุที่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้
step by Step การทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์โซล่าร์เซลล์ === แสง---สารกึ่งตัวนำ---การถ่ายทอดพลังงาน---อิเลคตรอนเคลื่อนที่---เกิดกระแสไฟฟ้า---ไฟฟ้ากระแสตรงวิ่ง---นำมาแปลงไฟฟ้าเป็นกระแสสลับ-----นำไปใช้
ภาพกราฟิคการทำงานภายใน โซล่าร์เซลล์
เรามาเจาะลึกการทำงานของแผงโซล่าร์เซลล์ แบ่งเป็น 4 ระดับ ดังนี้
ถ้าสมมติเราเปรียบ โซล่าร์เซลล์เหมือนตึก 3 ชั้นครึ่ง เราจะมองภาพการทำงานใน โซล่าร์เซลล์ได้เด่นชัด
ถ้าสมมติเราเปรียบ โซล่าร์เซลล์เหมือนตึก 3 ชั้นครึ่ง เราจะมองภาพการทำงานใน โซล่าร์เซลล์ได้เด่นชัด
ระดับชั้นบนสุด เรียกว่า FRONT ELECTRODEฟร้อนท์อิเล็คโทรด ถ้าเปรียบเป็นตึก ก็คือตึกชั้น ดาดฟ้า อยู่ชั้นบนสุด บนชั้นนี้จะมีแถบโลหะเรียกว่า Front Electrode ทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอน จะมีลักษณะเป็นโลหะ มักจะทำด้วยโลหะเงิน
ระดับชั้นที่ 2 ต่ำลงมา เรียกว่าชั้น n - type ซิลิคอน ซึ่งอยู่ด้านบนแต่รองลงมา หรือ อยู่ด้านหน้าของเซลล์ ชั้นนี้ถ้าเปรียบหมือนตึก ก็คือชั้น ตึกชั้น 2 ระดับชั้น N นี้ คือชั้นของสารกึ่งตัวนำที่ใส่สารฟอสฟอรัส Phosporusลงไป เพื่อตั้งใจให้ให้มีการนำไฟฟ้า จะสร้างอิเล็คตรอนขึ้นมาในชั้นนี้เมื่อสารนี้โดนแดดหรือแสงอาทิตย์
ระดับชั้นที่ 3 ต่ำลงมา เรียกว่าชั้น p - n junction เป็นชั้นที่ชั้น N และ ชั้น P มาเจอกัน เมื่อดูจากในรูปก็คือช่วงที่เป็นเส้นกั้นระหว่างชั้น N สีแดง และ ชั้น P สีน้ำเงิน เป็นจุดที่ชั้น ซิลิคอน ชั้น N และ ชั้น P มาประกบต่อกัน เราจะเรียกจุดที่ประกบกันนี้ว่า P-N ่juntion ถ้าเปรียบเหมือนตึกชันนี้ก็คือ ตึกชั้นลอย คืออยู่ระหว่าง ชั้น 1 กับ ชั้น 2
ระดับชั้นที่ 2 ต่ำลงมา เรียกว่าชั้น n - type ซิลิคอน ซึ่งอยู่ด้านบนแต่รองลงมา หรือ อยู่ด้านหน้าของเซลล์ ชั้นนี้ถ้าเปรียบหมือนตึก ก็คือชั้น ตึกชั้น 2 ระดับชั้น N นี้ คือชั้นของสารกึ่งตัวนำที่ใส่สารฟอสฟอรัส Phosporusลงไป เพื่อตั้งใจให้ให้มีการนำไฟฟ้า จะสร้างอิเล็คตรอนขึ้นมาในชั้นนี้เมื่อสารนี้โดนแดดหรือแสงอาทิตย์
ระดับชั้นที่ 3 ต่ำลงมา เรียกว่าชั้น p - n junction เป็นชั้นที่ชั้น N และ ชั้น P มาเจอกัน เมื่อดูจากในรูปก็คือช่วงที่เป็นเส้นกั้นระหว่างชั้น N สีแดง และ ชั้น P สีน้ำเงิน เป็นจุดที่ชั้น ซิลิคอน ชั้น N และ ชั้น P มาประกบต่อกัน เราจะเรียกจุดที่ประกบกันนี้ว่า P-N ่juntion ถ้าเปรียบเหมือนตึกชันนี้ก็คือ ตึกชั้นลอย คืออยู่ระหว่าง ชั้น 1 กับ ชั้น 2
ระดับชั้นที่ 4 ชั้นล่างพื้น เรียกว่าชั้น p - type ซิลิคอน ถ้าเปรียบเหมือนตึกก็คือชั้น Groud หรือชั้นบนดิน ซึ่งอยู่ด้านล่างของเซลล์ ชั้น P คือชั้นของสารกึ่งตัวนำที่ได้ใส่สารโบรอน Boron เพื่อควบคุมให้มีการนำไฟฟ้าลงไป เพื่อตั้งใจทำให้โครงสร้างของอะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนเกิดหลุมในชั้นนี้ (โฮล)
เมื่อเซลล์ชั้นบนรับพลังงานจากแสงอาทิตย์ พอพลังงานมาถึงชั้นนี้ ชั้นนี้จะทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอน ถ้าในตอนที่ยังไม่มีแดด ชั้น n - type ซิลิคอนซึ่งอยู่ด้านบนของเซลล์ก็พร้อมที่จะให้อิเล็กตรอน แต่ก็ยังมี(โฮล)ปนอยู่บ้างเล็กน้อยในชั้นนี้ ส่วนชั้น p - type ซิลิคอนซึ่งอยู่ด้านล่าง หรือจะเรียกว่าด้านหลังของเซลล ์นั้นมีโครงสร้างส่วนใหญ่เป็น(โฮล) แต่ยังคงมีอิเล็กตรอนปะปนบ้างเล็กน้อย
ระดับชั้นที่ 5 ชั้นล่างสุดเรียกว่าชั้น Back Electrode ถ้าเปรียบเป็นตึกก็เป้นชั้นใต้ดิน ด้านหลังของ p - type ซิลิคอนจะมีแถบโลหะเรียกว่า Back Electrode ทำหน้าที่เป็นตัวรวบรวมโฮล
เมื่อเซลล์ชั้นบนรับพลังงานจากแสงอาทิตย์ พอพลังงานมาถึงชั้นนี้ ชั้นนี้จะทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอน ถ้าในตอนที่ยังไม่มีแดด ชั้น n - type ซิลิคอนซึ่งอยู่ด้านบนของเซลล์ก็พร้อมที่จะให้อิเล็กตรอน แต่ก็ยังมี(โฮล)ปนอยู่บ้างเล็กน้อยในชั้นนี้ ส่วนชั้น p - type ซิลิคอนซึ่งอยู่ด้านล่าง หรือจะเรียกว่าด้านหลังของเซลล ์นั้นมีโครงสร้างส่วนใหญ่เป็น(โฮล) แต่ยังคงมีอิเล็กตรอนปะปนบ้างเล็กน้อย
ระดับชั้นที่ 5 ชั้นล่างสุดเรียกว่าชั้น Back Electrode ถ้าเปรียบเป็นตึกก็เป้นชั้นใต้ดิน ด้านหลังของ p - type ซิลิคอนจะมีแถบโลหะเรียกว่า Back Electrode ทำหน้าที่เป็นตัวรวบรวมโฮล
ขั้นตอนการทำงาน เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบ แสงอาทิตย์จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอนและโฮล ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว และเมื่อพลังสูงเพียงพอ ทั้งอิเล็กตรอนและโฮลก็จะวิ่งเข้าหากันเพื่อจับคู่กัน อิเล็กตรอนจะวิ่งขึนไปยังชั้น n - type และโฮลจะวิ่งลงไปยังชั้น p type
อิเล็กตรอนก็จะวิ่งขึ้นไปรวมกันอยู่ที่ชั้น Front Electrode และ โฮลก็จะวิ่งลงไปรวมกันที่ Back Electrode และเมื่อมีการต่อวงจรไฟฟ้าจากชั้น Front Electrode บนสุด และ Back Elec trode ล่างสุด เมื่อต่อให้ครบวงจร ก็จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น เพราะอิเล็กตรอนและ(โฮล) จะวิ่งเพื่อจับคู่กัน
ภาพจำลองขณะที่อิเล็คตรอนและ โฮลวิ่งเข้าชั้นของตัวเอง
อิเล็กตรอนก็จะวิ่งขึ้นไปรวมกันอยู่ที่ชั้น Front Electrode และ โฮลก็จะวิ่งลงไปรวมกันที่ Back Electrode และเมื่อมีการต่อวงจรไฟฟ้าจากชั้น Front Electrode บนสุด และ Back Elec trode ล่างสุด เมื่อต่อให้ครบวงจร ก็จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น เพราะอิเล็กตรอนและ(โฮล) จะวิ่งเพื่อจับคู่กัน
ภาพจำลองขณะที่อิเล็คตรอนและ โฮลวิ่งเข้าชั้นของตัวเอง
วิธีการนี้ได้ถูกค้นพบมานานแล้วตั้งแต่ปี พ.ศ. 2436 แล้ว ถึงจะมีการค้นพบนานแล้วแต่ก็ยังไม่มีการผลิตโซล่าร์เซลล์หรือเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นมา จนเมื่อเวลาผ่านไป อีก 61 ปี จึงได้มีการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์หรือ โซล่าเซลล์ขึ้นมา ในปี พ.ศ. 2497 โดยเริ่มแรกได้นำไปใช้กับดาวเทียม เพราะ ดาวเทียมจำเป็นต้องใช้ที่สุด เพราะดาวเทียม ไม่สามารถหาพลังงานจาก ถ่านหิน น้ำมัน ลม หรือแหล่งอื่นๆได้ ดาวเทียมมีพลังงานที่จะนำมาใช้ได้จากแหล่งเดียว ได้ถูกนำไปใช้กับดาวเทียมในปีพ.ศ.2502
โซล่าร์เซลล์ทำมาจากอะไร
เซลล์แสงอาทิตย์ หรือ โซล่าร์เซลล์ ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ ซึ่งมีหลายชนิด เช่น ซิลิคอน Silicon , แกลเลี่ยมอาร์เซไนด์ Gallium Arsenide , อินเดียมฟอสไฟด์ Indium Phosphide, แคดเมียม เทลเลอไรด์ Cadmium Telluride , คอปเปอร์ อินเดียมไดเซเลไนด์ Copper Indium Diselenide สารกึ่งตัวนำเหล่านี้มีคุณสมบัติเหมือนกันคือ เมื่อมันถูกแสงอาทิตย์มันก็จะเปลี่ยนตัวเองเป็นตัวนำไฟฟ้าโดยจะแยกเป็นประจุไฟฟ้าบวกและประจุไฟฟ้าลบ เพื่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสองของเซลล์แสงอาทิตย์ และถ้าเรานำขั้วไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์โซล่าเซลล์มาต่อเข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้าDC หรือไฟฟ้ากระแสตรง ก็จะมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่อุปกรณ์ไฟฟ้าทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าสามารถทำงาน
ส่วนประกอบของเซลล์แสงอาทิตย์แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นจากเซลล์แสงอาทิตย์เพียงเซลล์เดียวจะมีค่าต่ำมาก การนำมาใช้งานจะต้องนำเซลล์หลาย ๆ เซลล์ มาต่อกันแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้สูงขึ้น เซลล์ที่นำมาต่อกันในจำนวนและขนาดที่เหมาะสมเรียกว่า แผงเซลล์แสง อาทิตย์ (Solar Module หรือ Solar Panel)
การทำเซลล์แสงอาทิตย์ให้เป็นแผงก็เพื่อความสะดวกในการนำไปใช้งาน ด้านหน้าของแผงเซลล์ ประกอบด้วย แผ่นกระจกที่ มีส่วนผสมของเหล็กต่ำ ซึ่งมีคุณสมบัติในการยอมให้แสงผ่านได้ดี และยังเป็นเกราะป้องกันแผ่นเซลล์อีกด้วย แผงเซลล์จะต้องมีการ ป้องกันความชื้นที่ดีมาก เพราะจะต้องอยู่กลางแดดกลางฝนเป็นเวลายาวนาน ในการประกอบจะต้องใช้วัสดุที่มีความคงทนและป้อง กันความชื้นที่ดี เช่น ซิลิโคนและ อีวีเอ (Ethelele Vinyl Acetate) เป็นต้น เพื่อเป็นการป้องกันแผ่นกระจกด้านบนของแผงเซลล์ จึง ต้องมีการทำกรอบด้วยวัสดุที่มีความแข็งแรง แต่บางครั้งก็ไม่มีความจำเป็น ถ้ามีการเสริมความแข็งแรงของแผ่นกระจกให้เพียงพอ ซึ่งก็สามารถทดแทนการทำกรอบได้เช่นกัน ดังนั้นแผงเซลล์จึงมีลักษณะเป็นแผ่นเรียบ (laminate) ซึ่งสะดวกในการติดตั้ง
ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์ โซล่าร์เซลล์
เซลล์แสงอาทิตย์ที่พัฒนาและใช้งานในปัจจุบันนั้น แทบทั้งหมดทำจาก ธาตุ silicon ซึ่งเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองบนโลก รองจากอ๊อกซิเจน ทรายตามชายหาด ท้องทะเล หินต่างๆ ที่เห็นรอบตัวเรา ก็มีซิลิคอนเป็นส่วนประกอบหลักๆ นั้นคือ เป็นธาตุที่มีมากมายเหลือใช้ (แต่การนำมาทำให้บริสุทธิ์ใช้งานได้ ต้องมี เทคนิคและใช้พลังงาน นั้นคือต้องมีค่าใช้จ่าย) ซิลิคอนเป็นวัตถุดิบที่ใช้มากในอุตสาหกรรมสารกึ่งตัวนำในปัจจุบัน โดยแทบจะเรียกได้ว่าเป็นเมล็ดข้าวสารของอุตสาหกรรมนี้เลยทีเดียว ทรานซิสเตอร์, IC และ LSI ทั้งหลายแทบทั้งหมด สร้างโดยใช้ซิลิคอน นั่นก็คือ การจะนำซิลิคอน มาใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์นั้น ในแง่ของวัตถุดิบ ได้มีอุตสาหกรรมรองรับอยู่แล้ว
ตารางที่ 1 แสดงให้เห็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดต่างๆ จะเห็นว่า มีบางประเภทที่ทำจากสารกึ่งตัวนำแบบสารประกอบ ซึ่งไม่ใช่ซิลิคอน แต่โดยรวมแล้วยังไม่เป็นที่แพร่หลาย ด้วยเหตุผลทางด้านราคา และความยุ่งยากในการผลิต
โซล่าเซลล์ หรือเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดต่างๆ
| ประเภทของวัสดุ | โครงสร้าง | ประสิทธิภาพของเซลล์ | ประสิทธิภาพของโมดูล |
| ซิลิคอน-แบบผลึก | ผลึกเดี่ยว(Single Crystalline Silicon Solar Cell) หรือที่รู้จักกันในชื่อ Monocrystalline Silicon Solar Cell | 15-24 % | 10-14 % |
| ซิลิคอน-แบบผลึก | ผลึกโพลี(Polycrystalline) | 10-17 % | 9-12 % |
| ซิลิคอน-อะมอร์ฟัส | Amorphous Silicon Amorphous SiC Amorphous SiGe | 8-13 % | 6-9 % |
| สารประกอบอื่น | GaAs, CdTe , CuInSe2 | 18-30 % (GaAs) 10-15 % 10-15 % | NA |
1.โซล่าร์เซลล์ที่ทำจากซิลิคอน ชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell) อาจจะเรียกว่า Mono Crystalline Silicon Solar Cell
1. เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอน ชนิดผลึกเดี่ยว (
ลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนแข็งและบางมาก ซิลิกอนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในโลกชนิดหนึ่ง สามารถถลุงได้จากหินและทราย เรานิยมใช้ธาตุซิลิกอนในงานอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ใช้ทำทรานซิสเตอร์และไอซี
ี และเซลล์แสงอาทิตย์ เทคโนโลยี c-Si ได้รับความนิยมและใช้งานกันอย่างแพร่หลาย นิยมใช้งานในพื้นที่เฉพาะได้แก่ ในชนบทที่ไม่มีไฟฟ้าใช้เป็นหลัก
ี และเซลล์แสงอาทิตย์ เทคโนโลยี c-Si ได้รับความนิยมและใช้งานกันอย่างแพร่หลาย นิยมใช้งานในพื้นที่เฉพาะได้แก่ ในชนบทที่ไม่มีไฟฟ้าใช้เป็นหลัก
2.โซล่าร์เซลล์ชนิดผลึกรวม (Polycrystalline Silicon Solar Cell) ลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนแข็งและบางมาก
เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกโพลีได้ถูกพัฒนาขึ้น เพื่อแก้ปัญหาต้นทุนสูงของแบบผลึกเดี่ยวซิลิคอนแบบผลึกโพลีหรือโพลีซิลิคอน ก็คือก้อนซิลิคอนที่เกิดจากการรวมตัวกันของชิ้นเล็กๆ (ขนาดระดับ ไมโครเมตร - มิลลิเมตร) ของผลึกเดี่ยวของซิลิคอน
3.โซล่าร์เซล ที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell) ลักษณะเป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน (0.0005 มม.) น้ำหนักเบามาก และประสิทธิภาพเพียง 5-10% ลักษณะเป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน (0.0005 มม.) น้ำหนักเบามาก และประสิทธิภาพเพียง 5-10% เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ธาตุซิลิกอนเช่นกัน แต่จะไม่เป็นผลึก แต่ผลของสารอะมอร์ฟัสจะทำให้เกิดเป็นฟิล์มบางของซิลิกอน ซึ่งมีความบางประมาณ 300 นาโนเมตร ทำให้ไม่สิ้นเปลืองเนื้อวัสดุ น้ำหนักเบา การผลิตทำได้ง่าย และข้อดีของ a-Si ไม่เกิดมลพิษกับสิ่งแวดล้อม จึงเหมาะที่จะประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่กินไฟฟ้าน้อย เช่น เครื่องคิดเลข นาฬิกาข้อมือ วิทยุทรานซิสเตอร์ เป็นต้น
4.ส่วนเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารประกอบอื่น ๆ กึ่งตัวนำอื่น ๆ เช่น แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ (GaAs) แคดเมียม เทลเลอไรด์ (CdTe) และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ (CulnSe2) เป็นต้น มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline) และผลึกรวม (Polycrystalline) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม อาร์เซไนต์จะให้ประสิทธิภาพสูงถึง 20-25 %
นอกจากนั้นยังมี โซล่าร์เซลล์ที่ผลิตมาจากสารกึ่งตัวนำชนิดอื่นๆเช่น แคดเมียม เทลเลอไรด์ , แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์, และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ เป็นต้น มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว และผลึกรวม
เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ จะให้ประสิทธิภาพสูงถึง 20-25%
โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ SolarCell
สารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนโลก คือ ซิลิคอน Silicon จึงถูกใช้มาผลิตโซล่าเซลล์หรือเซลล์แสงอาทิตย์ มากที่สุดในขั้นแรกจะนำซิลิคอนมาถลุง และผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ และทำให้เป็นผลึก จากนั้นก็จะนำมาผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปนเพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็น โดยจะเติมสารเจือฟอสฟอรัส จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น เพราะฟอสฟอรัสมีสมบัตินำไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ และเมื่อเติมสารเจือโบรอน จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี เพราะโบรอนนำไฟฟ้าด้วยโฮลซึ่งมีประจุบวก เพราะฉะนั้น เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดPและชนิดNมาต่อกัน จะเกิดรอยต่อPNขึ้น
- โครงสร้างของโซล่าร์เซลล์ หรือเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอน มีรูปร่างหลายแบบ มีแบบแผ่นวงกลมก็มี หรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสก็มี โซล่าเซลล์มีความหนา 200-400 ไมครอน (0.2-0.4 มม.) ด้านผิวฝั่งที่รับแสงอาทิตย์จะมีชั้นแพร่ซึมที่มีการนำไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีรูปลักษณะคล้ายก้างปลาเพราะจะมีพื้นที่รับแสงมากกว่า ส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหลังจะเป็นขั้วโลหะเต็มพื้นผิว
- หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ โซล่าเซลล์
เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์โซล่าร์เซลล์ ก็จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าที่มีประจุลบและไฟฟ้าประจุบวกขึ้น คืออิเล็กตรอนและ โฮล โครงสร้างรอยต่อPNก็จะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก ที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดP ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดN ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง ถ้าต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลเวียนขึ้น
เซลล์แสงอาทิตย์โซล่าร์เซลล์ชนิดซิลิคอนขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 4 นิ้ว จะให้กระแสไฟฟ้าประมาณ 2-3 แอมแปร์ และให้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาณ 0.6 โวลต์
เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์มีไม่มากนัก ถ้าจะให้ได้กำลังไฟฟ้ามากเพียงพอสำหรับใช้งาน จึงมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆ เซลล์มาต่อกันเป็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ Solar Modules ลักษณะการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่ว่าต้องการกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าถ้ามีการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบขนาน ก็จะทำให้ได้กระแสไฟฟ้าAmp เพิ่มมากขึ้น ถ้ามีการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรมก็จะทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าVolt สูงขึ้น
3.โซล่าร์เซล ที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell) ลักษณะเป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน (0.0005 มม.) น้ำหนักเบามาก และประสิทธิภาพเพียง 5-10% ลักษณะเป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน (0.0005 มม.) น้ำหนักเบามาก และประสิทธิภาพเพียง 5-10% เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ธาตุซิลิกอนเช่นกัน แต่จะไม่เป็นผลึก แต่ผลของสารอะมอร์ฟัสจะทำให้เกิดเป็นฟิล์มบางของซิลิกอน ซึ่งมีความบางประมาณ 300 นาโนเมตร ทำให้ไม่สิ้นเปลืองเนื้อวัสดุ น้ำหนักเบา การผลิตทำได้ง่าย และข้อดีของ a-Si ไม่เกิดมลพิษกับสิ่งแวดล้อม จึงเหมาะที่จะประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่กินไฟฟ้าน้อย เช่น เครื่องคิดเลข นาฬิกาข้อมือ วิทยุทรานซิสเตอร์ เป็นต้น
4.ส่วนเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารประกอบอื่น ๆ กึ่งตัวนำอื่น ๆ เช่น แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ (GaAs) แคดเมียม เทลเลอไรด์ (CdTe) และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ (CulnSe2) เป็นต้น มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline) และผลึกรวม (Polycrystalline) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม อาร์เซไนต์จะให้ประสิทธิภาพสูงถึง 20-25 %
นอกจากนั้นยังมี โซล่าร์เซลล์ที่ผลิตมาจากสารกึ่งตัวนำชนิดอื่นๆเช่น แคดเมียม เทลเลอไรด์ , แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์, และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ เป็นต้น มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว และผลึกรวม
เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ จะให้ประสิทธิภาพสูงถึง 20-25%
โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ SolarCell
สารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนโลก คือ ซิลิคอน Silicon จึงถูกใช้มาผลิตโซล่าเซลล์หรือเซลล์แสงอาทิตย์ มากที่สุดในขั้นแรกจะนำซิลิคอนมาถลุง และผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ และทำให้เป็นผลึก จากนั้นก็จะนำมาผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปนเพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็น โดยจะเติมสารเจือฟอสฟอรัส จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น เพราะฟอสฟอรัสมีสมบัตินำไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ และเมื่อเติมสารเจือโบรอน จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี เพราะโบรอนนำไฟฟ้าด้วยโฮลซึ่งมีประจุบวก เพราะฉะนั้น เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดPและชนิดNมาต่อกัน จะเกิดรอยต่อPNขึ้น
- โครงสร้างของโซล่าร์เซลล์ หรือเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอน มีรูปร่างหลายแบบ มีแบบแผ่นวงกลมก็มี หรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสก็มี โซล่าเซลล์มีความหนา 200-400 ไมครอน (0.2-0.4 มม.) ด้านผิวฝั่งที่รับแสงอาทิตย์จะมีชั้นแพร่ซึมที่มีการนำไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีรูปลักษณะคล้ายก้างปลาเพราะจะมีพื้นที่รับแสงมากกว่า ส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหลังจะเป็นขั้วโลหะเต็มพื้นผิว
- หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ โซล่าเซลล์
เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์โซล่าร์เซลล์ ก็จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าที่มีประจุลบและไฟฟ้าประจุบวกขึ้น คืออิเล็กตรอนและ โฮล โครงสร้างรอยต่อPNก็จะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก ที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดP ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดN ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง ถ้าต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลเวียนขึ้น
เซลล์แสงอาทิตย์โซล่าร์เซลล์ชนิดซิลิคอนขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 4 นิ้ว จะให้กระแสไฟฟ้าประมาณ 2-3 แอมแปร์ และให้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาณ 0.6 โวลต์
เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์มีไม่มากนัก ถ้าจะให้ได้กำลังไฟฟ้ามากเพียงพอสำหรับใช้งาน จึงมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆ เซลล์มาต่อกันเป็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ Solar Modules ลักษณะการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่ว่าต้องการกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าถ้ามีการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบขนาน ก็จะทำให้ได้กระแสไฟฟ้าAmp เพิ่มมากขึ้น ถ้ามีการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรมก็จะทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าVolt สูงขึ้น
| |||||||
|
ขั้นตอนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ โซล่าร์เซลล์
การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ แบบผลึกเดี่ยว ( Single Crystalline ) หรือที่รู้จักกันในชื่อ Mono-Crystalline
การเตรียมสารซิลิคอนชนิดนี้ เริ่มต้นจากนำสารซิลิคอนซึ่งผ่านการทำให้เป็นก้อนที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก (99.999%) มาหลอมละลายในเตา Induction Furnace ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,500 องศาเซลเซียส เพื่อทำการสร้างแท่งผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 6-8 นิ้ว) พร้อมกับใส่สารเจือปน Boron เพื่อทำให้เกิด P-type แล้วทำให้เกิดการเย็นตัวจับตัวกันเป็นผลึกด้วย Seed ซึ่งจะตกผลึกมีขนาดหน้าตัดใหญ่ แล้วค่อยๆ ดึงแท่งผลึกนี้ขึ้นจากเตาหลอม ด้วยเทคโนโลยีการดึงผลึก จะได้แท่งผลึกยาวเป็นรูปทรงกระบอก คุณภาพของผลึกเดี่ยวจะสำคัญมากต่อคุณสมบัติของเซลล์แสงอาทิตย์ จากนั้นนำแท่งผลึกมาตัดให้เป็นแผ่นบาง ๆ ด้วยลวดตัดเพชร (Wire Cut) เรียกว่า เวเฟอร์ ซึ่งจะได้แผ่นผลึกมีความหนาประมาณ 300 ไมโครเมตร และขัดความเรียบของผิว จาก นั้นก็จะนำไปเจือสารที่จำเป็นในการทำให้เกิดเป็น p-n junction ขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์ ด้วยวิธีการ Diffusion ที่อุณหภูมิระดับ 1,000 องศาเซลเซียสจากนั้นนำไปทำขั้วไฟฟ้าเพื่อนำกระแสไฟออกใช้ ที่ผิวบนจะเป็นขั้วลบ ส่วนผิวล่างเป็นขั้วบวก ขั้นตอนสุดท้ายจะเป็นการเคลือบฟิลม์ผิวหน้าเพื่อป้องกันการสะท้อนแสงให้น้อยที่สุด ตอนนี้จะได้เซลล์ที่พร้อมใช้งาน หลังจากนั้นก็นำไปประกอบเข้าแผงโดยใช้กระจกเป็นเกราะป้องกันแผ่นเซลล์ และใช้ซิลิโคน และ อีวีเอ (Ethelele Vinyl Acetate) ช่วยป้องกันความชื้น ในการใช้งานจริง เราจะนำเซลล์แต่ละเซลล์มาต่ออนุกรมกันเพื่อเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้ได้ตามต้องการ
ขบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ แบบผลึกรวม ( Poly Crystalline )
การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ แบบผลึกรวม ( Poly Crystalline )
การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์โดยวิธีนี้ จะมีค่าใช้จ่ายที่ถูกกว่าวิธีแรก คือการทำแผ่นเซลล์ จะใช้วิธีการหลอมสารซิลิคอนให้ละลายพร้อมกับใส่สารเจือปน Boron เพื่อทำให้เกิด P-type แล้วเทลงในแบบพิมพ์ เมื่อสารละลายซิลิคอนแข็งตัวก็จะได้เป็นแท่งซิลิคอนแบบผลึกรวม ( ตกผลึกไม่พร้อมกัน ) จากนั้นนำไปตัดเป็นแผ่นเช่นเดียวกับแบบผลึกเดี่ยว ความแตกต่างระหว่างแบบผลึกเดี่ยวและแบบผลึกรวมสังเกตได้จากผิวผลึก ถ้ามีโทนสีที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากผลึกเล็กq หลายผลึกในแผ่นเซลล์จะเป็นแบบผลึกรวม ในขณะที่แบบผลึกเดี่ยวจะเห็นเป็นผลึกเนื้อเดียว คือ มีสีเดียวตลอดทั้งแผ่น ส่วนกรรมวิธีการผลิตเซลล์ที่เหลือจะเหมือนกัน เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกรวม (Poly Crystalline) จะให้ประสิทธิภาพต่ำกว่าแบบผลึกเดี่ยว ประมาณ 2-3 % อย่างไรก็ตามเซลล์ทั้ง 2 ชนิด มีข้อเสียในการผลิต คือ แตกหักง่ายเช่นกัน
- เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystal) หรือ MonoCrystallineมีขั้นตอนการผลิตดังนี้
นำซิลิคอนที่ถลุงได้มาหลอมเป็นของเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 1400 °C แล้วดึงผลึกออกจากของเหลว โดยลดอุณหภูมิลงอย่างช้าๆ จนได้แท่งผลึกซิลิคอนเป็นของแข็ง แล้วนำมาตัดเป็นแว่นๆ
นำผลึกซิลิคอนที่เป็นแว่น มาแพร่ซึมด้วยสารเจือปนต่างๆ เพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็นภายในเตาแพร่ซึมที่มีอุณหภูมิประมาณ 900-1000 °C แล้วนำไปทำชั้นต้านการสะท้อนแสงด้วยเตาออกซิเดชั่นที่มีอุณหภูมิสูง
ทำขั้วไฟฟ้าสองด้านด้วยการฉาบไอโลหะภายใต้สุญญากาศ เมื่อเสร็จเรียบร้อยแล้วจะต้องนำไปทดสอบประสิทธิภาพด้วยแสงอาทิตย์เทียม และวัดหาคุณสมบัติทางไฟฟ้า
การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์โดยวิธีนี้ จะมีค่าใช้จ่ายที่ถูกกว่าวิธีแรก คือการทำแผ่นเซลล์ จะใช้วิธีการหลอมสารซิลิคอนให้ละลายพร้อมกับใส่สารเจือปน Boron เพื่อทำให้เกิด P-type แล้วเทลงในแบบพิมพ์ เมื่อสารละลายซิลิคอนแข็งตัวก็จะได้เป็นแท่งซิลิคอนแบบผลึกรวม ( ตกผลึกไม่พร้อมกัน ) จากนั้นนำไปตัดเป็นแผ่นเช่นเดียวกับแบบผลึกเดี่ยว ความแตกต่างระหว่างแบบผลึกเดี่ยวและแบบผลึกรวมสังเกตได้จากผิวผลึก ถ้ามีโทนสีที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากผลึกเล็กq หลายผลึกในแผ่นเซลล์จะเป็นแบบผลึกรวม ในขณะที่แบบผลึกเดี่ยวจะเห็นเป็นผลึกเนื้อเดียว คือ มีสีเดียวตลอดทั้งแผ่น ส่วนกรรมวิธีการผลิตเซลล์ที่เหลือจะเหมือนกัน เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกรวม (Poly Crystalline) จะให้ประสิทธิภาพต่ำกว่าแบบผลึกเดี่ยว ประมาณ 2-3 % อย่างไรก็ตามเซลล์ทั้ง 2 ชนิด มีข้อเสียในการผลิต คือ แตกหักง่ายเช่นกัน
- เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystal) หรือ MonoCrystallineมีขั้นตอนการผลิตดังนี้
นำซิลิคอนที่ถลุงได้มาหลอมเป็นของเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 1400 °C แล้วดึงผลึกออกจากของเหลว โดยลดอุณหภูมิลงอย่างช้าๆ จนได้แท่งผลึกซิลิคอนเป็นของแข็ง แล้วนำมาตัดเป็นแว่นๆ
นำผลึกซิลิคอนที่เป็นแว่น มาแพร่ซึมด้วยสารเจือปนต่างๆ เพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็นภายในเตาแพร่ซึมที่มีอุณหภูมิประมาณ 900-1000 °C แล้วนำไปทำชั้นต้านการสะท้อนแสงด้วยเตาออกซิเดชั่นที่มีอุณหภูมิสูง
ทำขั้วไฟฟ้าสองด้านด้วยการฉาบไอโลหะภายใต้สุญญากาศ เมื่อเสร็จเรียบร้อยแล้วจะต้องนำไปทดสอบประสิทธิภาพด้วยแสงอาทิตย์เทียม และวัดหาคุณสมบัติทางไฟฟ้า
การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ แบบผลึกเดี่ยว ( Single Crystalline ) หรือที่รู้จักกันในชื่อ Mono-Crystalline
การเตรียมสารซิลิคอนชนิดนี้ เริ่มต้นจากนำสารซิลิคอนซึ่งผ่านการทำให้เป็นก้อนที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก (99.999%) มาหลอมละลายในเตา Induction Furnace ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,500 องศาเซลเซียส เพื่อทำการสร้างแท่งผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 6-8 นิ้ว) พร้อมกับใส่สารเจือปน Boron เพื่อทำให้เกิด P-type แล้วทำให้เกิดการเย็นตัวจับตัวกันเป็นผลึกด้วย Seed ซึ่งจะตกผลึกมีขนาดหน้าตัดใหญ่ แล้วค่อยๆ ดึงแท่งผลึกนี้ขึ้นจากเตาหลอม ด้วยเทคโนโลยีการดึงผลึก จะได้แท่งผลึกยาวเป็นรูปทรงกระบอก คุณภาพของผลึกเดี่ยวจะสำคัญมากต่อคุณสมบัติของเซลล์แสงอาทิตย์ จากนั้นนำแท่งผลึกมาตัดให้เป็นแผ่นบาง ๆ ด้วยลวดตัดเพชร (Wire Cut) เรียกว่า เวเฟอร์ ซึ่งจะได้แผ่นผลึกมีความหนาประมาณ 300 ไมโครเมตร และขัดความเรียบของผิว จาก นั้นก็จะนำไปเจือสารที่จำเป็นในการทำให้เกิดเป็น p-n junction ขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์ ด้วยวิธีการ Diffusion ที่อุณหภูมิระดับ 1,000 องศาเซลเซียสจากนั้นนำไปทำขั้วไฟฟ้าเพื่อนำกระแสไฟออกใช้ ที่ผิวบนจะเป็นขั้วลบ ส่วนผิวล่างเป็นขั้วบวก ขั้นตอนสุดท้ายจะเป็นการเคลือบฟิลม์ผิวหน้าเพื่อป้องกันการสะท้อนแสงให้น้อยที่สุด ตอนนี้จะได้เซลล์ที่พร้อมใช้งาน หลังจากนั้นก็นำไปประกอบเข้าแผงโดยใช้กระจกเป็นเกราะป้องกันแผ่นเซลล์ และใช้ซิลิโคน และ อีวีเอ (Ethelele Vinyl Acetate) ช่วยป้องกันความชื้น ในการใช้งานจริง เราจะนำเซลล์แต่ละเซลล์มาต่ออนุกรมกันเพื่อเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้ได้ตามต้องการ
- เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนชนิดผลึกรวม (Polycrystalline) มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้
นำซิลิคอนที่ถลุงและหลอมละลายเป็นของเหลวแล้วมาเทลงในแบบพิมพ์ เมื่อซิลิคอนแข็งตัว จะได้เป็นแท่งซิลิคอนเป็นแบบผลึกรวม แล้วนำมาตัดเป็นแว่นๆ จากนั้นนำมาแพร่ซึมด้วยสารเจือปนต่างๆ และทำขั้วไฟฟ้าสองด้านด้วยวิธีการเช่นเดียวกับที่สร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนชนิดผลึกเดี่ยว
การเตรียมสารซิลิคอนชนิดนี้ เริ่มต้นจากนำสารซิลิคอนซึ่งผ่านการทำให้เป็นก้อนที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก (99.999%) มาหลอมละลายในเตา Induction Furnace ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,500 องศาเซลเซียส เพื่อทำการสร้างแท่งผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 6-8 นิ้ว) พร้อมกับใส่สารเจือปน Boron เพื่อทำให้เกิด P-type แล้วทำให้เกิดการเย็นตัวจับตัวกันเป็นผลึกด้วย Seed ซึ่งจะตกผลึกมีขนาดหน้าตัดใหญ่ แล้วค่อยๆ ดึงแท่งผลึกนี้ขึ้นจากเตาหลอม ด้วยเทคโนโลยีการดึงผลึก จะได้แท่งผลึกยาวเป็นรูปทรงกระบอก คุณภาพของผลึกเดี่ยวจะสำคัญมากต่อคุณสมบัติของเซลล์แสงอาทิตย์ จากนั้นนำแท่งผลึกมาตัดให้เป็นแผ่นบาง ๆ ด้วยลวดตัดเพชร (Wire Cut) เรียกว่า เวเฟอร์ ซึ่งจะได้แผ่นผลึกมีความหนาประมาณ 300 ไมโครเมตร และขัดความเรียบของผิว จาก นั้นก็จะนำไปเจือสารที่จำเป็นในการทำให้เกิดเป็น p-n junction ขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์ ด้วยวิธีการ Diffusion ที่อุณหภูมิระดับ 1,000 องศาเซลเซียสจากนั้นนำไปทำขั้วไฟฟ้าเพื่อนำกระแสไฟออกใช้ ที่ผิวบนจะเป็นขั้วลบ ส่วนผิวล่างเป็นขั้วบวก ขั้นตอนสุดท้ายจะเป็นการเคลือบฟิลม์ผิวหน้าเพื่อป้องกันการสะท้อนแสงให้น้อยที่สุด ตอนนี้จะได้เซลล์ที่พร้อมใช้งาน หลังจากนั้นก็นำไปประกอบเข้าแผงโดยใช้กระจกเป็นเกราะป้องกันแผ่นเซลล์ และใช้ซิลิโคน และ อีวีเอ (Ethelele Vinyl Acetate) ช่วยป้องกันความชื้น ในการใช้งานจริง เราจะนำเซลล์แต่ละเซลล์มาต่ออนุกรมกันเพื่อเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้ได้ตามต้องการ
- เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนชนิดผลึกรวม (Polycrystalline) มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้
นำซิลิคอนที่ถลุงและหลอมละลายเป็นของเหลวแล้วมาเทลงในแบบพิมพ์ เมื่อซิลิคอนแข็งตัว จะได้เป็นแท่งซิลิคอนเป็นแบบผลึกรวม แล้วนำมาตัดเป็นแว่นๆ จากนั้นนำมาแพร่ซึมด้วยสารเจือปนต่างๆ และทำขั้วไฟฟ้าสองด้านด้วยวิธีการเช่นเดียวกับที่สร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนชนิดผลึกเดี่ยว
การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ แบบผลึกรวม ( Poly Crystalline )
การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์โดยวิธีนี้ จะมีค่าใช้จ่ายที่ถูกกว่าวิธีแรก คือการทำแผ่นเซลล์ จะใช้วิธีการหลอมสารซิลิคอนให้ละลายพร้อมกับใส่สารเจือปน Boron เพื่อทำให้เกิด P-type แล้วเทลงในแบบพิมพ์ เมื่อสารละลายซิลิคอนแข็งตัวก็จะได้เป็นแท่งซิลิคอนแบบผลึกรวม ( ตกผลึกไม่พร้อมกัน ) จากนั้นนำไปตัดเป็นแผ่นเช่นเดียวกับแบบผลึกเดี่ยว ความแตกต่างระหว่างแบบผลึกเดี่ยวและแบบผลึกรวมสังเกตได้จากผิวผลึก ถ้ามีโทนสีที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากผลึกเล็กq หลายผลึกในแผ่นเซลล์จะเป็นแบบผลึกรวม ในขณะที่แบบผลึกเดี่ยวจะเห็นเป็นผลึกเนื้อเดียว คือ มีสีเดียวตลอดทั้งแผ่น ส่วนกรรมวิธีการผลิตเซลล์ที่เหลือจะเหมือนกัน เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกรวม (Poly Crystalline) จะให้ประสิทธิภาพต่ำกว่าแบบผลึกเดี่ยว ประมาณ 2-3 % อย่างไรก็ตามเซลล์ทั้ง 2 ชนิด มีข้อเสียในการผลิต คือ แตกหักง่ายเช่นกัน
- เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้
ทำการแยกสลายก๊าซไซเลน (Silane Gas) ให้เป็นอะมอร์ฟัสซิลิคอน โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า เครื่อง Plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) เป็นการผ่านก๊าซไซเลนเข้าไปในครอบแก้วที่มีขั้วไฟฟ้าความถี่สูง จะทำให้ก๊าซแยกสลายเกิดเป็นพลาสมา และอะตอมของซิลิคอนจะตกลงบนฐานหรือสแตนเลสสตีลที่วางอยู่ในครอบแก้ว เกิดเป็นฟิล์มบางขนาดไม่เกิน 1 ไมครอน (0.001 มม.)
ขณะที่แยกสลายก๊าซไซเลน จะผสมก๊าซฟอสฟีนและไดโบเรนเข้าไปเป็นสารเจือปน เพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็นสำหรับใช้เป็นโครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์
การทำขั้วไฟฟ้า มักใช้ขั้วไฟฟ้าโปร่งแสงที่ทำจาก ITO (Indium Tin Oxide)
- เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้
ขั้นตอนการปลูกชั้นผลึก ใช้เครื่องมือ คือ เตาปลูกชั้นผลึกจากสถานะของเหลว (LPE; Liquid Phase Epitaxy)
ขั้นตอนการปลูกชั้นผลึกที่เป็นรอยต่อเอ็นพี ใช้เครื่องมือ คือ เครื่องปลูกชั้นผลึกด้วยลำโมเลกุล (MBE; Molecular Beam Epitaxy)
การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์โดยวิธีนี้ จะมีค่าใช้จ่ายที่ถูกกว่าวิธีแรก คือการทำแผ่นเซลล์ จะใช้วิธีการหลอมสารซิลิคอนให้ละลายพร้อมกับใส่สารเจือปน Boron เพื่อทำให้เกิด P-type แล้วเทลงในแบบพิมพ์ เมื่อสารละลายซิลิคอนแข็งตัวก็จะได้เป็นแท่งซิลิคอนแบบผลึกรวม ( ตกผลึกไม่พร้อมกัน ) จากนั้นนำไปตัดเป็นแผ่นเช่นเดียวกับแบบผลึกเดี่ยว ความแตกต่างระหว่างแบบผลึกเดี่ยวและแบบผลึกรวมสังเกตได้จากผิวผลึก ถ้ามีโทนสีที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากผลึกเล็กq หลายผลึกในแผ่นเซลล์จะเป็นแบบผลึกรวม ในขณะที่แบบผลึกเดี่ยวจะเห็นเป็นผลึกเนื้อเดียว คือ มีสีเดียวตลอดทั้งแผ่น ส่วนกรรมวิธีการผลิตเซลล์ที่เหลือจะเหมือนกัน เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกรวม (Poly Crystalline) จะให้ประสิทธิภาพต่ำกว่าแบบผลึกเดี่ยว ประมาณ 2-3 % อย่างไรก็ตามเซลล์ทั้ง 2 ชนิด มีข้อเสียในการผลิต คือ แตกหักง่ายเช่นกัน
- เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้
ทำการแยกสลายก๊าซไซเลน (Silane Gas) ให้เป็นอะมอร์ฟัสซิลิคอน โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า เครื่อง Plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) เป็นการผ่านก๊าซไซเลนเข้าไปในครอบแก้วที่มีขั้วไฟฟ้าความถี่สูง จะทำให้ก๊าซแยกสลายเกิดเป็นพลาสมา และอะตอมของซิลิคอนจะตกลงบนฐานหรือสแตนเลสสตีลที่วางอยู่ในครอบแก้ว เกิดเป็นฟิล์มบางขนาดไม่เกิน 1 ไมครอน (0.001 มม.)
ขณะที่แยกสลายก๊าซไซเลน จะผสมก๊าซฟอสฟีนและไดโบเรนเข้าไปเป็นสารเจือปน เพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็นสำหรับใช้เป็นโครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์
การทำขั้วไฟฟ้า มักใช้ขั้วไฟฟ้าโปร่งแสงที่ทำจาก ITO (Indium Tin Oxide)
- เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้
ขั้นตอนการปลูกชั้นผลึก ใช้เครื่องมือ คือ เตาปลูกชั้นผลึกจากสถานะของเหลว (LPE; Liquid Phase Epitaxy)
ขั้นตอนการปลูกชั้นผลึกที่เป็นรอยต่อเอ็นพี ใช้เครื่องมือ คือ เครื่องปลูกชั้นผลึกด้วยลำโมเลกุล (MBE; Molecular Beam Epitaxy)
พลังงานแสงอาทิตย์คือเมื่อเราใช้พลังงานของดวงอาทิตย์และใช้ในบ้านและธุรกิจของเราสำหรับการผลิตไฟฟ้านี้จากการใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์พลังงานแสงอาทิตย์:
คุณสมบัติและตัวแปรที่สำคัญของเซลล์แสงอาทิตย์
ตัวแปรที่สำคัญที่มีส่วนทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพการทำงานในแต่ละพื้นที่ต่างกัน และมีความสำคัญในการพิจารณานำไปใช้ในแต่ละพื้นที่ ตลอดจนการนำไปคำนวณระบบหรือคำนวณจำนวนแผงแสงอาทิตย์ที่ต้องใช้ในแต่ละพื้นที่ มีดังนี้
1. ความเข้มของแสง กระแสไฟ (Current) จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสง หมายความว่าเมื่อความเข้มของแสงสูง กระแสที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ก็จะสูงขึ้น ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าหรือโวลต์แทบจะไม่แปรไปตามความเข้มของแสงมากนัก ความเข้มของแสงที่ใช้วัดเป็นมาตรฐานคือ ความเข้มของแสงที่วัดบนพื้นโลกในสภาพอากาศปลอดโปร่ง ปราศจากเมฆหมอกและวัดที่ระดับน้ำทะเลในสภาพที่แสงอาทิตย์ตั้งฉากกับพื้นโลก ซึ่งความเข้ม ของแสงจะมีค่าเท่ากับ 100 mW ต่อ ตร.ซม. หรือ 1,000 W ต่อ ตร.เมตร ซึ่งมีค่าเท่ากับ AM 1.5 (Air Mass 1.5) และถ้าแสงอาทิตย์ทำมุม 60 องศากับพื้นโลกความเข้มของแสง จะมีค่าเท่ากับประมาณ 75 mW ต่อ ตร.ซม. หรือ 750 W ต่อ ตร.เมตร ซึ่งมีค่าเท่ากับ AM2 กรณีของแผงเซลล์แสงอาทิตย์นั้นจะใช้ค่า AM 1.5 เป็นมาตรฐานในการวัดประสิทธิภาพของแผง
2. อุณหภูมิ กระแสไฟ (Current) จะไม่แปรตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป ในขณะที่แรงดันไฟฟ้า (โวลท์) จะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งโดยเฉลี่ยแล้วทุกๆ 1 องศาที่เพิ่มขึ้น จะทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง 0.5% และในกรณีของแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐานที่ใช้กำหนดประสิทธิภาพของแผงแสงอาทิตย์คือ ณ อุณหภูมิ 25 องศา C เช่น กำหนดไว้ว่าแผงแสงอาทิตย์มีแรงดันไฟฟ้าที่วงจรเปิด (Open Circuit Voltage หรือ V oc) ที่ 21 V ณ อุณหภูมิ 25 องศา C ก็จะหมายความว่า แรงดันไฟฟ้าที่จะได้จากแผงแสงอาทิตย์ เมื่อยังไม่ได้ต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า ณ อุณหภูมิ 25 องศา C จะเท่ากับ 21 V ถ้าอุณหภูมิสูงกว่า 25 องศา C เช่น อุณหภูมิ 30 องศา C จะทำให้แรงดันไฟฟ้าของแผงแสงอาทิตย์ลดลง 2.5% (0.5% x 5 องศา C) นั่นคือ แรงดันของแผงแสงอาทิตย์ที่ V oc จะลดลง 0.525 V (21 V x 2.5%) เหลือเพียง 20.475 V (21V – 0.525V) สรุปได้ว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าก็จะลดลง ซึ่งมีผลทำให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดของแผงแสงอาทิตย์ลดลงด้วย
จากข้อกำหนดดังกล่าวข้างต้น ก่อนที่ผู้ใช้จะเลือกใช้แผงแสงอาทิตย์ จะต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของแผงที่ระบุไว้ในแผงแต่ละชนิดด้วยว่า ใช้มาตรฐานอะไร หรือมาตรฐานที่ใช้วัดแตกต่างกันหรือไม่ เช่นแผงชนิดหนึ่งระบุว่า ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดได้ 80 วัตต์ ที่ความเข้มแสง 1,200 W ต่อ ตร.เมตร ณ อุณหภูมิ 20 องศา C ขณะที่อีกชนิดหนึ่งระบุว่า ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดได้ 75 วัตต์ ที่ความเข้มแสง 1,000 W ต่อ ตร.เมตร และอุณหภูมิมาตรฐาน 25 องศา C แล้ว จะพบว่าแผงที่ระบุว่าให้กำลังไฟฟ้า 80 W จะให้กำลังไฟฟ้าต่ำกว่า จากสาเหตุดังกล่าว ผู้ที่จะใช้แผงจึงต้องคำนึงถึงข้อกำหนดเหล่านี้ในการเลือกใช้แผงแต่ละชนิดด้วย
ถ้าเราติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์มากพอที่เราจะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าเพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการทั้งโลกของความต้องการพลังงาน
มีโลกมีประมาณ 10,800,000 terawatts ของพลังงานที่ไม่หมุนเวียน (เชื้อเพลิงนิวเคลียร์และฟอสซิล) ที่มีอยู่ในขณะที่จากดวงอาทิตย์มี 350,000,000 terawatts
โดยปกติแผงเซลล์แสงอาทิตย์พลังงานแสงอาทิตย์สามารถแปลงประมาณ 12-18% จากแสงแดดที่มีให้เป็นพลังงานไฟฟ้า
ประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นผลมาจากสนามและทิศทางของพวกเขาที่มีการติดตั้งหันหน้าไปทางทิศใต้ให้ผลตอบแทนที่ดีที่สุด
ในสหราชอาณาจักรตอบแทนที่สูงขึ้นจะประสบความสำเร็จจากระบบภาคใต้ต่อไปคุณจะมี
แผงเซลล์แสงอาทิตย์มีการลงทุนที่ดีในการให้ผลตอบแทนการลงทุนเอื้อมมือขึ้นไป 20%
ระยะเวลาคืนทุนเฉลี่ยสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็น 5-6 ปีที่เยอรมันได้นำวิธีการในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์และในวันเสาร์ที่ 26 พฤษภาคม 2012 มันสร้าง 22 GW ของกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของความต้องการพลังงานไฟฟ้าสูงสุดของประเทศ
พลังงานแสงอาทิตย์มีราคาถูกกว่าที่คุณคิดกับเกือบ 50% ลดค่าใช้จ่ายในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา
การติดตั้ง 4Kw โดยทั่วไปจะต้องมี 16x 250w แผงแม้ว่าแผงวัตต์สูงกว่าที่มีอยู่
แผงเซลล์แสงอาทิตย์
พลังงานแสงอาทิตย์สามารถใช้ผ่านการใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์พลังงานแสงอาทิตย์หรือแผงความร้อนจากแสงอาทิตย์ได้. แตกต่างก็คือระบบความร้อนจากแสงอาทิตย์ใช้พลังงานที่มีอยู่จากดวงอาทิตย์และแปลงเป็นเครื่องทำน้ำอุ่น. ซึ่งถูกนำมาใช้แล้วในบ้านของเราผ่านระบบการแลกเปลี่ยนความร้อน และทำให้เรามีบางส่วนของน้ำในประเทศตอบสนองความต้องการของเราร้อน. PV พลังงานแสงอาทิตย์ให้เราด้วยไฟฟ้าที่จะใช้ในคุณสมบัติของเราที่มีความเป็นส่วนเกินใด ๆ ที่ใช้โดยผู้บริโภคอื่น ๆ ในกริดแห่งชาติ
ระบบระบายความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์จะมีราคาแพงในการติดตั้งที่มีการปรับเปลี่ยนค่าใช้จ่ายมักจะต้องใช้ในการต้มน้ำและความร้อนระบบที่มีอยู่ได้. รัฐบาลได้เพิ่มขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้พรีเมี่ยมความร้อนทดแทนที่จะดึงดูดผู้คนมากขึ้นที่จะซื้อระบบเหล่านี้
กังหันลมยังคงขัดแย้งกับคนที่ไม่อยากให้พวกเขาติดตั้งใกล้กับบ้านของพวกเขาและฟาร์มในต่างประเทศมีค่าใช้จ่ายในการสร้างและการบำรุงรักษา
พลังงานแสงอาทิตย์ยังคงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดของเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนทั้งหมดในกรณีส่วนใหญ่. จะค่อนข้างง่ายที่จะติดตั้งกับการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ เฉพาะที่จำเป็นไปยังสถานที่ในประเทศ. มีประวัติที่พิสูจน์แล้วสำหรับการคืนทุนกับการติดตั้งหลายตอนนี้เป็นที่ 3 ของพวกเขาและปีที่ 4 ของการสร้าง . แม้ว่า feed-in ภาษีได้ลดลงและเกณฑ์ใหม่แนะนำให้รู้จักกับกระบวนการพิจารณาก็ยังคงมีระยะเวลาคืนทุนที่เร็วที่สุดของเทคโนโลยีพลังงานทดแทนทั้งหมด
ขอบคุณวิทยากร www.Dadjar.Solar Mr.Yochai Sasisawanเอื้อเฟื้อข้อมูล
ขอบคุณวิทยากร www.Dadjar.Solar Mr.Yochai Sasisawanเอื้อเฟื้อข้อมูล
ต้องการข้อมูล อบรมโซล่าเซลล์ add line id : dadjarsolar อ่านว่า "แดดจ้า โซล่าร์"
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น