> ข่าว > ข่าวบริษัท

โฟโตโวทาอิกคืออะไร?

2022-12-22

เซลล์แสงอาทิตย์คือการแปลงแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรงในระดับอะตอม วัสดุบางชนิดแสดงคุณสมบัติที่เรียกว่าโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์ ซึ่งทำให้เกิดการดูดซับโฟตอนของแสงและปล่อยอิเล็กตรอน เมื่อจับอิเลคตรอนอิสระเหล่านี้ได้ จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่สามารถใช้เป็นไฟฟ้าได้

ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกได้รับการบันทึกครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Edmund Bequerel ในปี 1839 ซึ่งพบว่าวัสดุบางชนิดจะผลิตกระแสไฟฟ้าในปริมาณเล็กน้อยเมื่อสัมผัสกับแสง ในปี พ.ศ. 2448 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้อธิบายถึงธรรมชาติของแสงและเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกซึ่งใช้เทคโนโลยีโซลาร์เซลล์เป็นพื้นฐาน ซึ่งทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในเวลาต่อมา โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ตัวแรกสร้างขึ้นโดย Bell Laboratories ในปี 1954 มันถูกเรียกเก็บเงินเป็นแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และส่วนใหญ่เป็นเพียงความอยากรู้อยากเห็นเนื่องจากมีราคาแพงเกินไปที่จะนำไปใช้อย่างแพร่หลาย ในช่วงทศวรรษที่ 1960 อุตสาหกรรมอวกาศได้เริ่มใช้เทคโนโลยีนี้อย่างจริงจังเป็นครั้งแรกในการจัดหาพลังงานให้กับยานอวกาศ ผ่านโครงการอวกาศ เทคโนโลยีก้าวหน้า สร้างความน่าเชื่อถือ และต้นทุนเริ่มลดลง ในช่วงวิกฤตพลังงานในทศวรรษที่ 1970 เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการยอมรับว่าเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการใช้งานนอกอวกาศ

แผนภาพด้านบนแสดงการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ขั้นพื้นฐาน หรือที่เรียกว่าเซลล์สุริยะ เซลล์แสงอาทิตย์ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดเดียวกัน เช่น ซิลิกอน ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ แผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบบางได้รับการดูแลเป็นพิเศษเพื่อสร้างสนามไฟฟ้า ด้านหนึ่งเป็นบวกและอีกด้านหนึ่งเป็นลบ เมื่อพลังงานแสงตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากอะตอมในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ถ้าตัวนำไฟฟ้าถูกต่อเข้ากับด้านบวกและด้านลบ เกิดเป็นวงจรไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะถูกจับในรูปของกระแสไฟฟ้า ซึ่งก็คือไฟฟ้า ไฟฟ้านี้สามารถใช้จ่ายพลังงานให้กับโหลด เช่น ไฟหรือเครื่องมือ

เซลล์แสงอาทิตย์จำนวนหนึ่งที่เชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าและติดตั้งในโครงสร้างหรือโครงรองรับเรียกว่าโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ โมดูลได้รับการออกแบบเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด เช่น ระบบ 12 โวลต์ทั่วไป กระแสที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับปริมาณแสงที่ตกกระทบโมดูลโดยตรง

อุปกรณ์ PV ที่พบมากที่สุดในปัจจุบันใช้ทางแยกเดียวหรืออินเทอร์เฟซเพื่อสร้างสนามไฟฟ้าภายในเซมิคอนดักเตอร์ เช่น เซลล์ PV ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบแยกทางเดียว เฉพาะโฟตอนที่มีพลังงานเท่ากับหรือมากกว่าแถบช่องว่างของวัสดุเซลล์เท่านั้นที่สามารถปลดปล่อยอิเล็กตรอนสำหรับวงจรไฟฟ้าได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การตอบสนองของโฟโตโวลตาอิกของเซลล์ทางแยกทางเดียวจะถูกจำกัดเฉพาะส่วนของสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ซึ่งพลังงานอยู่เหนือช่องว่างแถบของวัสดุดูดซับ และโฟตอนที่พลังงานต่ำกว่าจะไม่ถูกใช้

วิธีหนึ่งในการหลีกเลี่ยงข้อจำกัดนี้คือการใช้เซลล์ที่แตกต่างกันสองเซลล์ (หรือมากกว่า) ที่มีช่องว่างมากกว่าหนึ่งแบนด์และมากกว่าหนึ่งทางแยกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้า สิ่งเหล่านี้เรียกว่าเซลล์ "หลายทางแยก" (เรียกอีกอย่างว่าเซลล์ "คาสเคด" หรือ "ตามกัน") อุปกรณ์มัลติจังก์ชันสามารถบรรลุประสิทธิภาพการแปลงโดยรวมที่สูงขึ้นได้ เนื่องจากสามารถแปลงสเปกตรัมพลังงานของแสงเป็นไฟฟ้าได้มากขึ้น

ดังที่แสดงไว้ด้านล่าง อุปกรณ์มัลติจังก์ชันคือสแต็กของเซลล์ทางแยกเดี่ยวแต่ละเซลล์ในลำดับจากมากไปน้อยของช่องว่างแบนด์ (เช่น) เซลล์บนสุดจะจับโฟตอนพลังงานสูงและส่งต่อโฟตอนที่เหลือไปให้เซลล์ที่มีช่องว่างแถบล่างดูดซับไว้

การวิจัยส่วนใหญ่ในปัจจุบันเกี่ยวกับเซลล์หลายจุดเน้นที่แกลเลียมอาร์เซไนด์เป็นหนึ่ง (หรือทั้งหมด) ของเซลล์ส่วนประกอบ เซลล์ดังกล่าวมีประสิทธิภาพถึงประมาณ 35% ภายใต้แสงแดดเข้มข้น วัสดุอื่นๆ ที่ศึกษาสำหรับอุปกรณ์มัลติจังก์ชัน ได้แก่ อะมอร์ฟัสซิลิกอนและคอปเปอร์อินเดียมไดเซเลไนด์

ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์หลายจุดด้านล่างใช้เซลล์ด้านบนของแกลเลียมอินเดียมฟอสไฟด์ "ทางแยกอุโมงค์" เพื่อช่วยการไหลของอิเล็กตรอนระหว่างเซลล์ และเซลล์ด้านล่างของแกลเลียมอาร์เซไนด์

ก่อนหน้า:ทำไมคุณควรไปสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์?

ต่อไป:แล้วค่าจัดส่งล่ะ?