SOLAR CELL ทำงานได้อย่างไร

ในการพิจารณาถึงเทคโนโลยีเกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งมีความสลับซับซ้อนนั้น จะครอบคลุมไปถึงเรื่องของระบบการจัดการเก็บสะสมพลังงานที่ผลิตได้ด้วย จากรูปส่วนประกอบของ Solar Cell ภายในเซลล์แสงอาทิตย์ จะมีลักษณะซ้อนกันเป็นชั้นๆโดยมีซิลิกอน อยู่ภายใน แต่มีการโด๊ปสารบางชนิดเพื่อให้ซิลิกอนชั้นบนและชั้นล่างมีประจุต่างกัน

โดยอะตอมของซิลิกอนจะมีจำนวนอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของอะตอมอยู่ 4 ตัว โดยซิลิกอนชั้นบนนั้นจะมีการโด๊ปฟอสฟอรัส (Phosphorus) เข้าไปเพื่อให้อิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของอะตอมซิลิกอนมีจำนวนอิเล็กตรอนอยู่ 5 ตัว ทำให้อะตอมของซิลิกอนที่ถูกโด๊ปมีประจุเป็นลบมากขึ้น จึงมีชื่อเรียกว่าสารกึ่งตัวนำ N-type เป็นขั้วลบ

ส่วนของซิลิกอนในชั้นล่างนั้นจะมีการโด๊ปด้วยโบรอน (Boron) ทำให้จำนวนอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของอะตอมซิลิกอน มีอิเล็กตรอนอยู่ 3 ตัว เป็นผลให้อะตอมของซิลิกอนมีประจุบวกมากขึ้น จึงมีชื่อเรียกว่า สารกึ่งตัวนำ P-type เป็นขั้วบวก

ดังนั้นจึงเกิดความไม่สมดุลของอะตอมขึ้น โดยอะตอมของซิลิกอนที่ถูกโด๊ปโดยฟอสฟอรัสจะมีจำนวนอิเล็กตรอนมากกว่าจำนวนโปรตรอน ทำให้มีอิเล็กตรอนอิสระเกิดขึ้นหลังการโด๊ป

ส่วนอะตอมของซิลิกอนที่ถูกโด๊ปโดยโบรอนจะมีจำนวนอิเล็กตรอนน้อยกว่าจำนวนโปรตรอน จึงเกิดช่องว่างขึ้นหลังการโด๊ป ทำให้อะตอมต้องหาอิเล็กตรอนมาเติมในช่องว่างให้เต็ม เพื่อที่จะให้อะตอมมีความสมดุล

การที่จะทำให้อะตอมของซิลิกอนที่ถูกโด๊ปด้วยโบรอน เกิดความสมดุลขึ้นนั้นก็จะต้องไปดึงเอาอิเล็กตรอนอิสระของอะตอมซิลิกอนที่ถูกโด๊ปด้วยฟอสฟอรัสโดยการทำให้อิเล็กตรอนอิสระ

มีการเคลื่อนที่ข้ามจุดต่อระหว่างสารกึ่งตัวนำจะทำให้ระยะห่างของจุดต่อของสารกึ่งตัวนำ มีขนาดแคบมากจนเกือบชิดกันเมื่อมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเสร็จสิ้นเรียบร้อยแล้ว ระยะห่างระหว่างจุดต่อก็จะห่างออกจากกันใหม่อีกครั้ง

โดยพื้นฐานอิเล็กตรอนต้องการที่จะเคลื่อนที่ข้ามสิ่งกีดขวาง คือจุดต่อจุดระหว่างสารกึ่งตัวนำ p-n แต่มันไม่มีพลังงานพอที่จะทำได้ พอมีแสงสว่างตกกระทบกับผิวซิลิกอน ซึ่งถูกอัดเป็นชั้น ในรูปส่วนประกอบ มันจะทำให้อิเล็กตรอนมีการเคลื่อนที่ข้ามผ่านจุดต่อ ทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า ซึ่งกระแสไฟฟ้านี้ก็คือพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นมานั่นเอง

http://www.mne.eng.psu.ac.th/