ไม่ว่าจะเป็นเครื่องคิดเลขที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์หรือสถานีอวกาศนานาชาติแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้หลักการอิเล็กทรอนิกส์เช่นเดียวกับแบตเตอรี่เคมีหรือเต้าเสียบไฟฟ้ามาตรฐาน ด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์มันเป็นเรื่องของการไหลของอิเล็กตรอนอย่างอิสระผ่านวงจร
เพื่อทำความเข้าใจว่าแผงโซลาร์เซลล์ผลิตพลังงานไฟฟ้าได้อย่างไรอาจช่วยให้คุณเดินทางกลับไปเรียนวิชาเคมีในโรงเรียนมัธยมได้อย่างรวดเร็ว องค์ประกอบพื้นฐานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นองค์ประกอบเดียวกันที่ช่วยสร้างการปฏิวัติคอมพิวเตอร์ - ซิลิคอนบริสุทธิ์ เมื่อซิลิคอนถูกแยกออกจากสิ่งสกปรกทั้งหมดมันทำให้เกิดแพลตฟอร์มที่เป็นกลางในอุดมคติสำหรับการส่งผ่านอิเล็กตรอน ซิลิคอนยังมีคุณสมบัติระดับอะตอมที่ทำให้น่าสนใจยิ่งขึ้นสำหรับการสร้างแผงเซลล์แสงอาทิตย์
อะตอมของซิลิคอนมีพื้นที่สำหรับอิเล็กตรอนแปดตัวในแถบด้านนอก แต่มีเพียงสี่ตัวเท่านั้นที่อยู่ในสภาพธรรมชาติ หมายความว่ามีที่ว่างสำหรับอิเล็กตรอนอีกสี่ตัว หากซิลิคอนอะตอมหนึ่งสัมผัสกับอะตอมซิลิคอนอีกอะตอมหนึ่งจะได้รับอิเล็กตรอนสี่อะตอมของอีกอะตอม สิ่งนี้สร้างพันธะที่แข็งแกร่ง แต่ไม่มีประจุบวกหรือประจุลบเนื่องจากอิเล็กตรอนแปดตัวสนองความต้องการของอะตอม อะตอมของซิลิคอนสามารถรวมกันเป็นเวลาหลายปีเพื่อให้เกิดซิลิคอนบริสุทธิ์ชิ้นใหญ่ วัสดุนี้ใช้ในการสร้างแผ่นของแผงเซลล์แสงอาทิตย์
นี่คือสิ่งที่วิทยาศาสตร์เข้ามาในรูปภาพ ซิลิคอนบริสุทธิ์สองแผ่นจะไม่ผลิตไฟฟ้าในแผงเซลล์แสงอาทิตย์เนื่องจากไม่มีประจุบวกหรือประจุลบ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นโดยการรวมซิลิคอนกับองค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีประจุบวกหรือประจุลบ
ตัวอย่างเช่นฟอสฟอรัสมีอิเล็กตรอนห้าตัวที่จะนำเสนอให้กับอะตอมอื่น ถ้าซิลิคอนและฟอสฟอรัสรวมกันทางเคมีผลลัพธ์ก็คืออิเล็กตรอน 8 ตัวที่เสถียรพร้อมอิเล็กตรอนอิสระเพิ่มเติมสำหรับการขี่ มันไม่สามารถทิ้งได้เพราะมันถูกพันธะกับอะตอมของฟอสฟอรัสอื่น ๆ แต่มันไม่จำเป็นต้องใช้โดยซิลิคอน ดังนั้นแผ่นซิลิคอน / ฟอสฟอรัสแผ่นใหม่นี้จึงถูกพิจารณาว่ามีประจุลบ
เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลต้องสร้างประจุบวก นี่คือความสำเร็จในแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยการรวมซิลิคอนกับองค์ประกอบเช่นโบรอนซึ่งมีเพียงสามอิเล็กตรอนที่จะนำเสนอ จานซิลิคอน / โบรอนยังคงมีจุดที่เหลืออีกหนึ่งอิเล็กตรอน ซึ่งหมายความว่าแผ่นมีประจุเป็นบวก แผ่นเปลือกโลกสองแผ่นถูกประกบเข้าด้วยกันในแผงโซลาร์เซลล์โดยมีสายไฟนำไฟฟ้าวิ่งระหว่างกัน
เมื่อใช้แผ่นเปลือกโลกสองแผ่นแล้วก็ถึงเวลาที่จะต้องนำแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้ แสงแดดธรรมชาติส่งอนุภาคพลังงานต่าง ๆ ออกมามากมาย แต่สิ่งที่เราสนใจมากที่สุดเรียกว่าโฟตอน โฟตอนทำหน้าที่เหมือนค้อนเคลื่อนที่ เมื่อแผ่นขั้วลบของเซลล์แสงอาทิตย์ถูกชี้ไปที่มุมที่เหมาะสมกับดวงอาทิตย์โฟตอนจะถล่มอะตอมซิลิคอน / ฟอสฟอรัส
ในที่สุดอิเล็กตรอนที่ 9 ซึ่งต้องการที่จะเป็นอิสระนั้นถูกกระแทกออกจากวงแหวนรอบนอก อิเล็กตรอนนี้จะไม่คงอยู่เป็นเวลานานเนื่องจากแผ่นซิลิคอน / โบรอนบวกดึงมันเข้าไปในจุดเปิดบนแถบด้านนอกของมันเอง เมื่อโฟตอนของดวงอาทิตย์แตกตัวอิเล็กตรอนออกมาจะเกิดกระแสไฟฟ้า ไฟฟ้าที่ผลิตโดยเซลล์แสงอาทิตย์หนึ่งเซลล์นั้นไม่น่าประทับใจมาก แต่เมื่อสายไฟทั้งหมดนำอิเล็กตรอนอิสระออกจากแผ่นมีพลังงานไฟฟ้าเพียงพอที่จะใช้กับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับต่ำหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ไม่ว่าอิเล็กตรอนใดที่ไม่ได้ใช้หรือหายไปในอากาศจะถูกส่งกลับไปยังแผ่นลบและกระบวนการทั้งหมดจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง
ปัญหาหลักอย่างหนึ่งของการใช้แผงโซลาร์เซลล์ก็คือการผลิตไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับขนาดของมัน เครื่องคิดเลขอาจต้องการเซลล์แสงอาทิตย์เพียงเซลล์เดียว แต่รถยนต์พลังงานแสงอาทิตย์จะต้องใช้หลายพันเครื่อง หากมุมของแผงเซลล์แสงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อยประสิทธิภาพอาจลดลง 50%
พลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์บางส่วนสามารถเก็บไว้ในแบตเตอรี่เคมี แต่โดยปกติจะมีพลังงานไม่มากในตอนแรก แสงแดดเดียวกันกับที่ให้โฟตอนยังให้รังสีอุลตร้าไวโอเลตและอินฟราเรดที่ทำลายล้างได้มากขึ้นในที่สุด แผงจะต้องสัมผัสกับองค์ประกอบสภาพอากาศทำลายซึ่งยังสามารถส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพอย่างจริงจัง
หลายแหล่งยังหมายถึงแผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งอ้างอิงถึงความสำคัญของแสง (ภาพถ่าย) ในการสร้างแรงดันไฟฟ้า ความท้าทายสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในอนาคตคือการสร้างแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นมีขนาดเล็กพอสำหรับการใช้งานจริงและมีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะสร้างพลังงานส่วนเกินสำหรับเวลาที่ไม่มีแสงแดด
