ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตโซลาร์เซลล์ทำให้ประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง และราคาถูกลงอย่างมากเมื่อเทียบหลายสิบปีก่อน มีผลทำให้การประยุกต์ใช้งานโวลาร์เซลล์มีความหลากหลายมากยิ่งขึ้น โดยเราสามารถนำแผงโซลาร์เซลล์ไปประยุกต์ใช้ทั้งในระดับอุตสาหกรรม ภาคธุรกิจ เป็นสินค้าที่ใช้ในครัวเรือน เช่น ของเล่นต่างๆ เครื่องชาร์จโทรศัพท์มือถือ แบตเตอรี่สำรอง นาฬิกา พัดลม ฯ

เซลล์แสงอาทิตย์ หรือที่เราเรียกทับศัพท์ว่า โซลาร์เซลล์ (Solar cell) หรือ เซลล์สุริยะ นั้นมีชื่อเป็นทางการว่า เซลล์โฟโตโวลตาอิก (Photovoltaic cell) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าซึ่งทำหน้าที่แปลงพลังงานแสงหรือโฟตอนเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยตรงโดยปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก

คำว่า “Photovoltaic” มาจากภาษากรีก φῶς ( Phos ) หมายถึง “แสง” และคำว่า “โวลต์” ซึ่งเป็นหน่วยของแรงเหนี่ยวนำ, คำว่าโวลต์มาจากนามสกุลของนักฟิสิกส์ชาวอิตาเลียนชื่อ อเลสซานโดร Volta ซึ่งเป็นนักประดิษฐ์แบตเตอรี่ (เซลล์ไฟฟ้าเคมี ) คำว่า “Photovoltaic” ถูกใช้ใน ภาษาอังกฤษตั้งแต่ปี 1849

เซลล์แสงอาทิตย์ คือ สิ่งประดิษฐ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน (Silicon), แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ (Gallium Arsenide), อินเดียม ฟอสไฟด์ (Indium Phosphide), แคดเมียม เทลเลอไรด์ (Cadmium Telluride) และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ (Copper Indium Diselenide) เป็นต้น ซึ่งเมื่อได้รับแสงอาทิตย์โดยตรงก็จะเปลี่ยนเป็นพาหะนำไฟฟ้า และจะถูกแยกเป็นประจุไฟฟ้าบวกและลบเพื่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วทั้งสองของเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อนำขั้วไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ต่อเข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่อุปกรณ์เหล่านั้น ทำให้สามารถทำงานได้

ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์

Type of Solar cell แบ่งตามวัสดุที่ใช้เป็น 3 ชนิดหลักๆ คือ

1. เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากผลึกซิลิคอน แบ่งออกเป็น 2 ชนิดย่อย

1.1 ชนิดผลึกเดี่ยว (Single-Crystalline Silicon ) หรือ Mono-crystalline Silicon

1.2 ชนิดผลึกรวม (Poly-crystalline Silicon) ลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนแข็งและบางมาก

2. เซลล์แสงอาทิตย์แบบอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon)หรือมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าธินฟิล์มหรือฟิล์มบาง ลักษณะเป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน (0.0005 มม.) และมีน้ำหนักเบามาก

3. เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ เช่น แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์, แคดเมียม เทลเลอไรด์ และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ เป็นต้น มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline) และผลึกรวม (Polycrystalline) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยมอาร์เซไนด์

โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์

โครงสร้างที่นิยมมากที่สุด ได้แก่ รอยต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำ สารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนโลก คือ ซิลิคอน จึงถูกนำมาสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ โดยนำซิลิคอนมาถลุง และผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ จนกระทั่งทำให้เป็นผลึก จากนั้นนำมาผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปนเพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็น โดยเมื่อเติมสารเจือฟอสฟอรัส จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (เพราะนำไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ) และเมื่อเติมสารเจือโบรอน จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี (เพราะนำไฟฟ้าด้วยโฮลซึ่งมีประจุบวก) ดังนั้น เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดพีและเอ็นมาต่อกัน จะเกิดรอยต่อพีเอ็นขึ้น โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน อาจมีรูปร่างเป็นแผ่นวงกลมหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัส ความหนา 200-400 ไมครอน (0.2-0.4 มม.) ผิวด้านรับแสงจะมีชั้นแพร่ซึมที่มีการนำไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีลักษณะคล้ายก้างปลาเพื่อให้ได้พื้นที่รับแสงมากที่สุด ส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหลังเป็นขั้วโลหะเต็มพื้นผิว

หลักการทำงานของโซลาร์เซลล์

เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น คืออิเล็กตรอนที่ไม่เสถียรถูกขับไล่โดยโตอนที่มาจากแสงอาทิตย์จากนั้นจึงเกิดอิเล็กตรอนว่างหรือโฮลขึ้นทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น

โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก (ปกติที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น

ซึ่งในปัจจันรัฐบาลไทยได้มีนโยบายได้ส่งเสริมและสนับสนุนการใช้พลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์โดยกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน กำหนดให้มีการซื้อคืนไฟฟ้าที่ผลิตจากโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งบนหลังคาและบนพื้นดิน เรียกที่เรียกกันว่า “โซลาร์รูฟท็อป-Solar Rooftop”และ “โซลาร์ฟาร์ม-Solar Farm”

• ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนหลังคา (Solar PV Rooftop) แบ่งออกย่อยเป็น

1. หลังคาบ้านอยู่อาศัย อาคารพาณิชย์ โรงจอดรถ

2. หลังคาโรงงานอุตสาหกรรม

• ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนพื้นดิน (Solar Farm)
• ระบบไฟฟ้าส่องสว่างถนนพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Street light)
• ระบบสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Pump) เป็นต้น

ส่วนในภาคอุตสาหรกรรมขนส่งและอากาศยาน ก็นำไฟใช้ในการขับเคลื่อนรถยนต์ เครื่องบิน และที่สำคัญใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าในสถานีอวกาศซึ่งถือเป็นการประยุกต์ใช้ขั้นสูงสุดของโซลาร์เซลล์ในขณะนี้