เซลล์แสงอาทิตย์ (PV) โดยทั่วไปทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ซิลิคอน และมีทั้งขั้วบวกและขั้วลบ เมื่อได้รับแสงแดด จะเกิดปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก ซึ่งจะเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าในรูปของกระแสตรง (DC) ทันที พลังงานไฟฟ้านี้สามารถเก็บไว้ในแบตเตอรี่หรือแปลงเป็นกระแสสลับ (AC) ผ่านอินเวอร์เตอร์เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานที่หลากหลาย เซลล์แสงอาทิตย์มักเชื่อมต่อกันแบบอนุกรมหรือแบบขนานเพื่อสร้างโมดูล จากนั้นจึงประกอบเป็นอาร์เรย์เพื่อผลิตพลังงานในปริมาณที่มากขึ้น
1. เซลล์พื้นผิวหลังอะลูมิเนียม (BSF)
โครงสร้างและหลักการ
เซลล์ BSF เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดหนึ่งที่ใช้การเคลือบอะลูมิเนียมเป็นขั้วไฟฟ้าด้านหลัง การเคลือบนี้จะสร้างสนามไฟฟ้าด้านหลังที่ช่วยผลักดันอิเล็กตรอนไปยังขั้วไฟฟ้าด้านหลัง ทำให้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเพิ่มขึ้น กระบวนการผลิตประกอบด้วยการเติมฟอสฟอรัสลงบนพื้นผิวซิลิคอนเพื่อสร้างบริเวณชนิด N การใช้ฟิล์มหรือสารเคลือบเพื่อสร้างบริเวณชนิด P ที่ด้านหน้า และการสร้างรอยต่อ pn สุดท้ายจะมีการเพิ่มตะแกรงโลหะเพื่อรวบรวมกระแสไฟฟ้า
ประวัติการพัฒนา
เซลล์ BSF ซึ่งได้รับการเสนอครั้งแรกในปี 1973 เป็นโครงสร้างเซลล์ซิลิคอนผลึกแบบแรกที่ได้รับการผลิตเพื่อการค้า และในปี 2016 เซลล์ประเภทนี้ครองส่วนแบ่งการตลาดมากกว่า 90%
ข้อดี
เซลล์ BSF โดดเด่นในด้านความเรียบง่าย ประหยัดค่าใช้จ่าย และเทคโนโลยีที่พัฒนาแล้ว
2. เซลล์ PERC
ที่มาของการตั้งชื่อ
PERC ย่อมาจาก Passivated Emitter and Rear Cell (ตัวปล่อยประจุแบบพาสซีฟและเซลล์ด้านหลัง)
กระบวนการและประสิทธิภาพ
เทคโนโลยี PERC พัฒนาต่อยอดจากเซลล์ BSF แบบดั้งเดิม โดยเพิ่มขั้นตอนสำคัญสองขั้นตอน ได้แก่ การเคลือบผิวหลังและการเจาะด้วยเลเซอร์ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมาก กระบวนการผลิตประกอบด้วย การทำความสะอาดและปรับพื้นผิวเวเฟอร์ การแพร่เพื่อสร้างรอยต่อ pn การเติมสารเจือด้วยเลเซอร์สำหรับตัวปล่อยอิเล็กตรอนแบบเลือกได้ การเคลือบผิวหลัง การเจาะด้วยเลเซอร์ การพิมพ์สกรีน การเผาผนึก และการทดสอบ
ข้อดี
เซลล์ PERC มีโครงสร้างที่เรียบง่าย กระบวนการผลิตที่สั้น และอุปกรณ์ที่มีความพร้อมสูง
3. เซลล์เฮเทอโรจังก์ชัน (HJT)
โครงสร้าง
เซลล์แสงอาทิตย์แบบ HJT เป็นเซลล์แสงอาทิตย์แบบไฮบริดที่ผสมผสานระหว่างพื้นผิวซิลิคอนผลึกและฟิล์มซิลิคอนอสัณฐาน โดยมีการแทรกชั้นซิลิคอนอสัณฐานชนิดอินทรินสิกไว้ที่ส่วนต่อประสานของเฮเทอโรจังก์ชันเพื่อปรับสภาพพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลัง โครงสร้างสมมาตรประกอบด้วยพื้นผิวซิลิคอนผลึกชนิด N, ชั้นซิลิคอนอสัณฐานชนิด Pi ที่ด้านรับแสง, ชั้นซิลิคอนอสัณฐานชนิด iN ที่ด้านหลัง และอิเล็กโทรดและบัสบาร์โปร่งใสทั้งสองด้าน เซลล์เหล่านี้เป็นเซลล์แบบสองด้าน (bifacial cells)
ข้อดี
เซลล์ HJT มีจุดเด่นคือประสิทธิภาพสูง การเสื่อมสภาพต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำ ความสามารถในการใช้งานสองด้านสูง กระบวนการผลิตที่ง่าย และเหมาะสำหรับเวเฟอร์ที่บางกว่า
4. เซลล์ TOPCon
หลักการทางเทคนิค
เซลล์ TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) ใช้หลักการเลือกตัวนำประจุ โดยมีชั้นซิลิคอนออกไซด์บางพิเศษและชั้นซิลิคอนเจือสารอยู่ด้านหลัง ทำให้เกิดโครงสร้างหน้าสัมผัสแบบพาสซิเวต ซึ่งช่วยลดการรวมตัวใหม่ของประจุที่พื้นผิวและหน้าสัมผัสโลหะ ส่งผลให้มีศักยภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์ N-PERT อย่างมาก
คุณลักษณะของกระบวนการ
เซลล์ TOPCon ใช้แผ่นรองพื้นซิลิคอนชนิด N และต้องการการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในสายการผลิตชนิด P ที่มีอยู่เดิม เช่น การเพิ่มอุปกรณ์การแพร่กระจายโบรอนและการตกตะกอนฟิล์มบาง เซลล์เหล่านี้ไม่จำเป็นต้องมีช่องเปิดด้านหลังและการจัดตำแหน่ง ทำให้กระบวนการผลิตง่ายขึ้นและเพิ่มความเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตเซลล์ PERC และ N-PERT
ข้อดี
เซลล์ TOPCon มีอัตราการเสื่อมสภาพต่ำ มีความสามารถในการรับแสงสองด้านสูง และมีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำ ทำให้มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
5. เซลล์ IBC
โครงสร้างและหลักการ
เซลล์แบบ Interdigitated Back Contact (IBC) ย้ายเส้นกริดอิเล็กโทรดด้านหน้าทั้งหมดไปไว้ด้านหลัง โดยจัดเรียงจุดเชื่อมต่อ pn และหน้าสัมผัสโลหะในรูปแบบสลับซับซ้อน ซึ่งช่วยลดเงาและเพิ่มการดูดซับแสง เนื่องจากไม่มีหน้าสัมผัสโลหะด้านหน้า เซลล์ IBC จึงมีพื้นที่ใช้งานสำหรับการแปลงโฟตอนมากขึ้น
การบูรณาการเทคโนโลยี
เซลล์ IBC สามารถผสานรวมกับเทคโนโลยีอื่นๆ เช่น PERC, TOPCon, HJT และเพอร์รอฟสไกต์ เพื่อสร้างเซลล์ไฮบริดขั้นสูง เช่น "TBC" (TOPCon-IBC) และ "HBC" (HJT-IBC)
ศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้
ด้วยการออกแบบที่สวยงาม เซลล์ IBC จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบบูรณาการกับอาคาร (BIPV) และมีแนวโน้มทางการค้าที่สดใส
บทสรุป
เซลล์แสงอาทิตย์แต่ละประเภทมีข้อดีเฉพาะตัวและมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ ด้วยนวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีเหล่านี้กำลังขับเคลื่อนการเติบโตและการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์
