เซลล์แสงอาทิตย์ถูกใช้เมื่อไหร่?
อาจจะเป็นเพราะความสำเร็จที่ทำโดยฮอฟแมนอิเล็กทรอนิกส์ เซลล์แสงอาทิตย์ถูกนำออกจากความสับสนโดยข้อเสนอแนะให้นำพวกมันไปใช้กับดาวเทียม Vanguard I ที่เปิดตัวใน ปี 1958 ในแผนเดิม ดาวเทียมจะได้รับพลังงานจากแบตเตอรี่เท่านั้น และเป็นไปตามแผนในช่วงเวลาสั้นๆก่อนที่แผนนี้จะถูกพับลงไป โดยการเพิ่มเซลล์ที่ด้านนอกของตัวยาน เวลาสำหรับภารกิจอาจจะถูกขยายออกไปโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญกับตัวยานอวกาศหรือระบบพลังงานของมัน ในปี 1959 ประเทศสหรัฐอเมริกาส่งยาน Explorer 6. มันใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่คล้ายกับปีก ซึ่งกลายเป็นคุณสมบัติทั่วไปในดาวเทียมในอนาคต อาร์เรย์เหล่านี้ประกอบด้วย 9600 ชุดของเซลล์แสงอาทิตย์ของฮอฟแมน มีความสงสัยในทางลบบางอย่างในตอนแรก แต่ในทางปฏิบัติ เซลล์พิสูจน์แล้วว่าเป็นความสำเร็จอย่างมาก และเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการออกแบบ อย่างรวดเร็วในดาวเทียมใหม่ๆ ที่โดดเด่นก็คือที่เทลสตาร์ของเบลล์ นอกจากนี้ สถาปนิกยังใช้เซลล์แสงอาทิตย์เพิ่มมากขึ้นโดยใช้เป็นคุณลักษณะสำคัญของการออกแบบ ตัวอย่างเช่น หลังคากระเบื้องหรือหินชนวนติดเซลล์แสงอาทิตย์สามารถใช้แทนวัสดุทำหลังคาที่ใช้กันทั่วไป ฟิล์มแบบบางที่ยืดหยุ่นสามารถนำไปประกอบเข้ากับหลังคารูปโค้งได้ ในขณะที่ฟิล์มกึ่งโปร่งแสงทำให้เกิดการผสมผสานแสงเงาเข้ากับแสงในตอนกลางวัน นอกจากนี้เซลล์แสงอาทิตย์ยังสามารถผลิตพลังงานสูงสุดให้กับอาคารในวันอากาศร้อนในฤดูร้อนเมื่อระบบปรับอากาศต้องใช้พลังงานมากที่สุด ดังนั้นจึงช่วยลดภาวะไฟฟ้าเพิ่มปริมาณขึ้นสูงสุด ปรากฏการณ์ของโฟโตโวลตาอิกถูกแสดงให้เห็นถึงด้วยการทดลองเป็นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ A.E. Becquerel ในปี 1839 ตอนอายุ 19 เขาทำการทดลองในห้องปฏิบัติการ ของพ่อของเขา เขาได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์เป็นตัวแรกของโลก ต่อมา Willoughby Smith ได้ อธิบาย"ผลของแสงบนซีลีเนียมระหว่างเดินทางของกระแสไฟฟ้า"เป็นครั้งแรกในบทความชิ้นหนึ่งที่ได้รับการตีพิมพ์ในฉบับ 20 กุมภาพันธ์ 1873 เรื่องธรรมชาติ อย่างไรก็ตามมันไม่มีอะไรเกิดขึ้นจนกระทั่งปี 1883 เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำด้วย solid state ได้ถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกโดย Charles Fritts ผู้เคลือบสารกึ่งตัวนำซีลีเนียมด้วยชั้นที่บางมากๆของทองเพื่อทำให้เป็นทางเชื่อม() อุปกรณ์นี้มีประสิทธิภาพประมาณ 1% เท่านั้น ในปี 1888 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซียชื่อ Aleksandr Stoletov สร้างเซลล์แรกที่อยู่บนพื้นฐานของปรากฏการ์ณโฟโตโวลตาอิกด้านนอกที่ถูกค้นพบโดย Heinrich Hertz ก่อนหน้านี้ในปี 1887
เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ ซึ่งอาจจะมีสัญญาณของการลดราคาอย่างมาก เซลล์เหล่านี้สามารถถูกผลิตจากสารละลายของเหลว จึงเป็นไปได้ของกระบวนการพิมพ์ม้วนต่อม้วนที่ง่าย มีศักยภาพที่นำไปสู่การผลิตขนาดใหญ่ที่ราคาไม่แพง นอกจากนี้ เซลล์เหล่านี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานบางอย่างที่ความยืดหยุ่นทางกลไกและสามารถทิ้งได้มีความสำคัญ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของเซลล์ในปัจจุบันมีต่ำมากและอุปกรณ์ในทางปฏิบัติยังไม่มีอยู่จริง ต่อมาเวเฟอร์จะมีหน้าสัมผัสโลหะเต็มพื้นที่ถูกทำขึ้นบนพื้นผิวด้านหลังและหน้าสัมผ้สที่มีรูปร่างคล้ายตารางโลหะที่ทำขึ้นจาก "นิ้วมือ" ดีและ"บัสบาร์"ขนาดใหญ่จะถูกพิมพ์ลงบนผิวหน้าโดยใช้ โลหะเงินป้าย หน้าสัมผ้สด้านหลังยังถูกขึ้นรูปโดยการพิมพ์ด้วยโลหะเช่นอะลูมิเนียม ปกติหน้าสัมผ้สนี้จะครอบคลุมตลอดทั้งด้านหลังของเซลล์ แม้ว่าในการออกแบบเซลล์บางครั้งมันจะถูกพิมพ์ในรูปแบบตาราง แล้วการป้ายจะถูกยิงที่หลายร้อยองศาเซลเซียสเพื่อขึ้นรูปให้เป็นขั้วไฟฟ้าโลหะหน้าสำมผ้ส ohmic ด้วยซิลิกอน บางบริษัทใช้ขั้นตอนการชุบไฟฟ้าเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์ หลังจากหน้าสัมผัสโลหะถูกทำเสร็จแล้ว เซลล์แสงอาทิตย์จะเชื่อมต่อกันกับสายไฟแบนหรือริบบิ้นโลหะและประกอบเป็นโมดูลหรือ"แผงเซลล์แสงอาทิตย์" แผงเซลล์แสงอาทิตย์จะมีแผ่นกระจกด้านหน้าและที่ห่อหุ้มทำจากพอลิเมอร์ที่ด้านหลัง ในปี 2011 นักวิจัยที่ Massachusetts Institute of Technology และ มหาวิทยาลัยรัฐมิชิแกน ได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์โปร่งใสตัวแรกที่มีประสิทธิภาพสูงที่มีประสิทธิภาพพลังงานใกล้เคียงกับ 2% ด้วยความโปร่งใสให้กับสายตาของคนมากกว่า 65% ประสบความสำเร็จโดยการเลือก การดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตและส่วนใกล้อินฟราเรดของสเปกตรัมด้วยสารโมเลกุลขนาดเล็ก นักวิจัยที่ UCLA เมื่อเร็วๆนี้ได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำด้วยวัสดุเหมือนพอลิเมอร์ ต่อด้วยวิธีการเดียวกัน นั่นคือ 70% โปร่งใสและมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน 4% เร็ว ๆ นี้ ข้อจำกัดของประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ทั้งแบบทึบแสงและโปร่งใสได้ถูกระบุไว้ เซลล์ที่มีความยืดหยุ่นและน้ำหนักเบาเหล่านี้สามารถผลิตได้ในจำนวนมากด้วยต้นทุนต่ำและสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างหน้าต่างพลังงานไฟฟ้า เซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อสี (DSSC) ทำจากวัสดุราคาถูกและไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อนในการผลิต ดังนั้นมันจึงสามารถที่จะทำในรูปแบบ DIY ได้ อาจจะอนุญาตให้ผู้เล่นในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้ได้มากกว่าประเภทอื่นๆ ในการผลิตเป็นจำนวนมาก มันควรจะมีราคาถูกอย่างมีนัยสำคัญหรือแพงน้อยกว่าการออกแบบเซลล์โซลิดสเตทแบบเก่า DSSC สามารถออกแบบให้เป็นแผ่นยืดหยุ่น และถึงแม้จะมีประสิทธิภาพการแปลงน้อยกว่าเซลล์ฟิล์มบางที่ดีที่สุดก็ตาม อัตราส่วนราคา/ประสิทธิภาพของมันควรจะสูงพอที่จะช่วยให้พวกมันสามารถแข่งขันกับการผลิตไฟฟ้าด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล สารกึ่งตัวนำที่ใช้กันมากที่สุดในเซลล์แสงอาทิตย์คือซิลิกอน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่พบโดยทั่วไปในทราย เซลล์แสงอาทิตย์ทุกชิ้นมีสารกึ่งตัวนำดังกล่าว 2 ชั้น ชั้นหนึ่งถูกชาร์จที่ขั้วบวก อีกชั้นหนึ่งถูกชาร์จที่ขั้วลบ เมื่อแสงส่องมายังสารกึ่งตัวนำ สนามไฟฟ้าที่แล่นผ่านส่วนที่ 2 ชั้นนี้ตัดกันทำให้ไฟฟ้าลื่นไหล ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าสลับ ยิ่งแสงส่องแรงมากเท่าใด ไฟฟ้าก็ลื่นไหลมากขึ้นเท่านั้น เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง เป็นอุปกรณ์สำหรับการใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์มาเปลี่ยนให้เป็นกระแสไฟฟ้า ผ่านการถ่ายเทพลังงานของอิเล็กตรอนจากโมเลกุลของสีย้อมไวแสง ซึ่งถูกกระตุ้นจากสถานะพื้นไปที่สถานะกระตุ้นโดยแสงที่มากระทบ แล้วเคลื่อนที่ผ่านสารกึ่งตัวนำที่มีชั้นระดับพลังงานที่สามารถรับอิเล็กตรอนได้ ซึ่งนิยมใช้ไทเทเนียมไดออกไซด์ที่มีรูพรุน เป็นทั้งตัวส่งผ่านอิเล็กตรอนและตัวยึดเกาะโมเลกุลสารสี เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์และเซลล์แสงอาทิตย์พอลิเมอถูกสร้างขึ้นจากฟิล์มบาง (ปกติ 100 นาโนเมตร) ของสารกึ่งตัวนำอินทรีย์รวมทั้งโพลีเมอ เช่น polyphenylene vinylene และสาร โมเลกุลขนาดเล็ก เช่น copper phthalocyanine (เม็ดสีอินทรีย์สีฟ้าหรือสีเขียว) และ คาร์บอน ฟูลเลอรี และอนุพันธ์ fullerene เช่น PCBM การแปลงพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพที่ประสบความสำเร็จในวันนี้จะใช้โพลีเมอร์ที่นำไฟฟ้าต่ำมากเมื่อเทียบกับวัสดุอนินทรีย์ อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงที่ผ่านมาได้นำไปสู่ ​​NREL (ห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ) ที่ประสิทธิภาพ ได้รับการรับรองที่ 8.3% สำหรับ Konarka Power Plastic และเซลล์ แทนเดมอินทรีย์ในปี 2012 ได้ถึง 11.1%
พื้นที่ที่ใช้งานของอุปกรณ์อินทรีย์ประกอบด้วยสองวัสดุ วัสดุหนึ่งทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอนและอีกตัวเป็นผู้รับ เมื่อโฟตอนถูกแปลงเป็นคู่อิเล็กตรอนกับโฮล (เช่นในวัสดุผู้บริจาค), ที่แตกต่างจากเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอื่นส่วนใหญ่, ประจุทั้งหลายมีแนวโน้มที่จะยังคง ผูกพันในรูปแบบของ exciton และถูกแยกออกจากกัน เมื่อ exciton กระจายไปยังอินเตอร์เฟซของผู้บริจาค-ผู้รับ ความยาวการแพร่ exciton ที่สั้นของระบบพอลิเมอร์ส่วนใหญ่มักจะจำกัด ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ดังกล่าว อินเตอร์เฟซโครงสร้างนาโน บางครั้งอยู่ในรูปของกลุ่ม heterojunctions ที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ เซลล์แสงอาทิตย์เป็นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตส่วนใหญ่ในประเทศญี่ปุ่น, เยอรมนี, จีนแผ่นดินใหญ่, ไต้หวัน, มาเลเซียและสหรัฐอเมริกา ในขณะที่ยุโรป, จีน, สหรัฐและ ญี่ปุ่นมีการครอบงำ (94% หรือมากกว่าเมือปี 2013) ในระบบที่ติดตั้งแล้วสำหรับทศวรรษที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม ในประเทศอื่นๆอีกมากจะมีหรือกำลังจะซื้อกำลังการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์อย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่เทคโนโลยีกำลังมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องไปสู่​​ประสิทธิภาพ ที่สูงขึ้น ในเซลล์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับค่าใช้จ่ายต่ำในการผลิตไฟฟ้า ไม่จำเป็นต้องเป็นผู้ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด แต่เป็นผู้ที่มีความสมดุลระหว่างการผลิตต้นทุนต่ำและมีประสิทธิภาพสูงพอที่จะลดความสมดุลของพื้นที่ที่เกี่ยวข้องกับค่าใช้จ่ายของระบบ จริงๆแล้ว บริษัทเหล่านั้นที่มีเทคโนโลยีการผลิตขนาดใหญ่ในการเคลือบผิวพื้นผิวที่มีราคาไม่แพงอาจจะเป็นผู้ผลิตไฟฟ้าสุทธิมีค่าใช้จ่ายต่ำสุด แม้จะมีประสิทธิภาพของเซลล์ที่ต่ำกว่าของเทคโนโลยี คริสตัลเดียว