สารกึ่งตัวนำเครื่องแปลงพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (โฟโตเซลล์)

โฟโตเซลล์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานของโฟตอนให้เป็นพลังงานของกระแสไฟฟ้า

ในอดีต ต้นแบบแรกของโฟโตเซลล์สมัยใหม่ถูกประดิษฐ์ขึ้น อเล็กซานเดอร์ จี. สโตเลตอฟ ในปลายศตวรรษที่ 19 เขาสร้างอุปกรณ์ที่ทำงานบนหลักการของโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์ภายนอก การติดตั้งทดลองครั้งแรกประกอบด้วยแผ่นโลหะแบนขนานคู่หนึ่ง แผ่นหนึ่งทำจากตาข่ายเพื่อให้แสงผ่านได้ และอีกแผ่นหนึ่งเป็นแผ่นทึบ

มีการใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่กับแผ่น ซึ่งสามารถปรับได้ในช่วง 0 ถึง 250 โวลต์ ขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดกริดและขั้วลบกับของแข็ง กัลวาโนมิเตอร์ที่ละเอียดอ่อนรวมอยู่ในโครงการด้วย

เมื่อแผ่นทึบสว่างด้วยแสงจากส่วนโค้งไฟฟ้า เข็มกัลวาโนมิเตอร์ เบี่ยงเบนแสดงว่ามีการสร้างกระแสตรงในวงจรแม้ว่าจะมีอากาศอยู่ระหว่างแผ่นดิสก์ก็ตามในการทดลอง นักวิทยาศาสตร์พบว่าขนาดของ "กระแสแสง" ขึ้นอยู่กับทั้งแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และความเข้มของแสง

ทำให้การติดตั้งซับซ้อนขึ้น Stoletov วางอิเล็กโทรดไว้ในกระบอกที่อากาศถูกระบายออก และแสงอัลตราไวโอเลตจะถูกป้อนไปยังอิเล็กโทรดที่มีความไวผ่านหน้าต่างควอทซ์ ดังนั้นมันจึงเปิด ผลภาพ.

วันนี้มันใช้งานได้ตามเอฟเฟกต์นี้ ตัวแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์… พวกมันทำปฏิกิริยากับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกลงมาบนพื้นผิวขององค์ประกอบและแปลงเป็นแรงดันเอาต์พุต ตัวอย่างของตัวแปลงดังกล่าวคือ โซลาร์เซลล์… หลักการเดียวกันนี้ถูกใช้โดย เซ็นเซอร์ไวแสง.

โฟโตเซลล์ทั่วไปประกอบด้วยชั้นของวัสดุที่ไวต่อแสงที่มีความต้านทานสูงซึ่งประกบอยู่ระหว่างอิเล็กโทรดนำไฟฟ้าสองขั้ว ในฐานะที่เป็นวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นที่นิยมใช้ สารกึ่งตัวนำซึ่งเมื่อส่องสว่างเต็มที่จะสามารถให้เอาต์พุตได้ 0.5 โวลต์

องค์ประกอบดังกล่าวมีประสิทธิภาพมากที่สุดจากมุมมองของพลังงานที่สร้างขึ้น เนื่องจากองค์ประกอบเหล่านี้อนุญาตให้ถ่ายโอนพลังงานโฟตอนได้โดยตรงในขั้นตอนเดียว — ในกระแสไฟฟ้า... ภายใต้สภาวะปกติ ประสิทธิภาพ 28% เป็นบรรทัดฐานสำหรับองค์ประกอบดังกล่าว

ที่นี่ โฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์ที่รุนแรงเกิดขึ้นเนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ของวัสดุที่ใช้ทำงานความไม่สม่ำเสมอนี้ได้มาจากการเจือวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กับสิ่งเจือปนต่างๆ ดังนั้นการสร้างจุดแยก pn หรือโดยการเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ที่มีขนาดช่องว่างต่างกัน (พลังงานที่อิเล็กตรอนออกจากอะตอม) จึงได้รับเฮเทอโรจังก์ชัน หรือโดยการเลือกสารเคมีดังกล่าว ส่วนประกอบของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการไล่ระดับสีแบบแบนด์แกป ซึ่งเป็นโครงสร้างแบบแบ่งระดับช่องว่าง ปรากฏขึ้นภายใน เป็นผลให้ประสิทธิภาพขององค์ประกอบที่กำหนดขึ้นอยู่กับลักษณะความไม่สม่ำเสมอที่ได้รับภายในโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์เฉพาะเช่นเดียวกับโฟโตคอนดักเตอร์

เพื่อลดการสูญเสียในเซลล์แสงอาทิตย์ จึงมีการใช้กฎระเบียบจำนวนมากในการผลิต ประการแรก ใช้สารกึ่งตัวนำที่มีแถบกั้นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแสงแดดเท่านั้น เช่น สารประกอบของซิลิกอนและแกลเลียมอาร์เซไนด์ ประการที่สอง ปรับปรุงคุณสมบัติของโครงสร้างโดยการเติมที่เหมาะสมที่สุด การตั้งค่าจะมอบให้กับโครงสร้างที่ต่างกันและให้คะแนน เลือกความหนาที่เหมาะสมของชั้นความลึกของจุดแยก p-n และพารามิเตอร์ที่ดีที่สุดของตารางการติดต่อ

นอกจากนี้ยังมีการสร้างองค์ประกอบแบบคาสเคดโดยที่เซมิคอนดักเตอร์หลายตัวที่มีแถบความถี่ต่างกันทำงาน ดังนั้นหลังจากผ่านหนึ่งน้ำตก แสงจะเข้าสู่ถัดไป ฯลฯ แนวคิดในการสลายสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ดูมีแนวโน้มดี เพื่อให้แต่ละองค์ประกอบ ภูมิภาคถูกแปลงจากส่วนที่แยกจากกันของโฟโตเซลล์

เซลล์แสงอาทิตย์ในตลาดปัจจุบันมีสามประเภทหลัก ได้แก่ โมโนคริสตัลไลน์ซิลิคอน โพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอน และฟิล์มบางฟิล์มบางถือเป็นฟิล์มที่มีแนวโน้มมากที่สุดเนื่องจากมีความละเอียดอ่อนแม้แสงที่ส่องเข้ามา สามารถติดบนพื้นผิวโค้งได้ ไม่เปราะเหมือนซิลิคอน และมีประสิทธิภาพแม้ในอุณหภูมิการทำงานที่สูง

ดูสิ่งนี้ด้วย: ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์และโมดูล