หลักการและกระบวนการผลิตของไฟฟ้าโฟตโวลเตอิก

หลักการสำคัญของการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ที่ ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกของสารกึ่งตัวนำ. เมื่อโฟตอนฉายรังสีบนพื้นผิวโลหะ พลังงานของโฟตอนจะถูกดูดซับโดยอิเล็กตรอนเฉพาะในโลหะ หากพลังงานที่อิเล็กตรอนดูดซับได้มากพอที่จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงภายในของโลหะ อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากพื้นผิวโลหะและกลายเป็นโฟโตอิเล็กตรอน

อะตอมซิลิกอนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว ถ้าซิลิกอนบริสุทธิ์ถูกเจือด้วยอะตอมที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว (เช่น อะตอมฟอสฟอรัส) จะกลายเป็น สารกึ่งตัวนำชนิด N; ถ้าซิลิกอนบริสุทธิ์ถูกเจือด้วยอะตอมที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว (เช่น อะตอมโบรอน) จะเกิด สารกึ่งตัวนำชนิด P เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิด P และ N มารวมกัน จะเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าที่รอยต่อ ซึ่งเป็นพื้นฐานของเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อแสงอาทิตย์ฉายรังสีที่รอยต่อ P-N โฮลจะเคลื่อนที่จากบริเวณ P ไปยังบริเวณ N ในขณะที่อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากบริเวณ N ไปยังบริเวณ P ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกหมายถึงปรากฏการณ์ที่การฉายรังสีแสงทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างส่วนต่างๆ ของสารกึ่งตัวนำที่ไม่สม่ำเสมอ หรือระหว่างสารกึ่งตัวนำกับโลหะ เกี่ยวข้องกับสองกระบวนการหลัก: ประการแรก การเปลี่ยนโฟตอน (คลื่นแสง) ให้เป็นอิเล็กตรอน กล่าวคือ การเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ประการที่สอง การเกิดแรงดันไฟฟ้า

ซิลิกอนโพลีคริสตัลไลน์ผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การหล่อแท่ง การแตกแท่ง และการตัดเป็นแผ่น เพื่อผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนที่จะนำไปประมวลผลต่อไป แผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนเหล่านี้จะถูกเจือและแพร่กระจายด้วยสารต่างๆ เช่น โบรอน ฟอสฟอรัส และธาตุอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย เพื่อสร้างรอยต่อ P-N จากนั้นจะใช้การพิมพ์สกรีนเพื่อใช้เพสต์เงินที่เตรียมไว้อย่างแม่นยำบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนเพื่อสร้างเส้นตาราง หลังจากเผาแล้ว ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจะถูกผลิตขึ้นพร้อมกัน และมีการเคลือบสารป้องกันการสะท้อนแสงบนพื้นผิวที่มีเส้นตาราง—จึงเสร็จสิ้นการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ถูกจัดเรียงและรวมกันเป็น โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งก่อตัวเป็นแผงวงจรขนาดใหญ่ โดยทั่วไป ขอบของแต่ละโมดูลจะถูกล้อมรอบด้วยกรอบอะลูมิเนียม ด้านหน้าถูกปกคลุมด้วยกระจก และติดตั้งขั้วไฟฟ้าที่ด้านหลัง ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ที่สมบูรณ์สามารถประกอบได้โดยการรวมโมดูลเซลล์เหล่านี้เข้ากับอุปกรณ์เสริมอื่นๆ ในการแปลงกระแสตรง (DC) เป็นกระแสสลับ (AC) จะต้องติดตั้ง อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้า ไฟฟ้าที่ผลิตได้สามารถเก็บไว้ในแบตเตอรี่หรือป้อนเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะ

ในแง่ของโครงสร้างต้นทุนของระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์คิดเป็นประมาณ 50% ในขณะที่อีก 50% ที่เหลือมาจากอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้า ค่าติดตั้ง ส่วนประกอบเสริมอื่นๆ และค่าใช้จ่ายเบ็ดเตล็ด