سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیم رسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.  رسانندگی این مواد به طور کلی به دما، روشنایی، میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.

 از ویژگی سلول های خورشیدی میتوان به این موارد اشاره کرد: جای زیادی اشغال نمی کنند ، قسمت متحرک ندارند، بازده آنها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند، نسبتا به سادگی نصب می شوند، به راحتی با سیستم های به کار رفته در ساختمان جور می شوند.

 همچنین از اشکالات سلول های خوشیدی میتوان به تولید وسایل فتوولتائیک که هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییر میکند که باید ذخیره شود و همین موضوع بسیار هزینه بر است.

سلول خورشیدی چیست؟

سلول خورشیدی (Solar Cell) یک قطعه الکترونیکی است که نور خورشید را می‌گیرد و آن را مستقیماً به برق تبدیل می‌کند.هر سلول تقریباً به اندازه کف دست یک فرد بزرگسال، به شکل هشت ضلعی و به رنگ سیاه مایل به آبی است. سلول‌های خورشیدی معمولاً به هم می‌پیوندندوواحدهای بزرگتری به نام ماژول خورشیدی (Solar Module) را می‌سازند، و این واحدها خود در واحدهای بزرگتری نیز شناخته می‌شوند که به صفحه یا پنل خورشیدی (Solar Panel) معروف هستند. صفحه‌های سیاه یا آبی که روی سقف برخی خانه‌ها مشاهده می‌کنید، پنل خورشیدی هستند. همچنین، سلول خورشیدی می‌تواند به شکل تراشه‌های کوچک (برای تأمین برق وسایل کوچک مانند ماشین‌حساب‌های جیبی و ساعت‌های دیجیتال) باشد.

سلول خورشیدی چگونه کار می‌کند؟

سلول خورشیدی ساندویچی از سیلیکون نوع  n( آبی) و سیلیکون نوع p (قرمز) است. این انرژی با استفاده از نور خورشید برای ایجاد جهش الکترون‌ها در محل پیوند بین لایه‌های مختلف سیلیکون، برق تولید می‌کند.

مراحل تولید برق سلول خورشیدی به شرح زیر است:

1. وقتی نور خورشید به سلول می‌تابد، فوتون‌ها (ذرات نور) سطح بالایی را بمباران می‌کنند.
2. فوتون‌ها (توده‌های زرد) انرژی خود را از طریق سلول به پایین انتقال می‌دهند.
3. فوتون‌ها انرژی خود را به الکترون‌ها (توده‌های سبز) در لایه پایین‌تر و نوع P می‌دهند.
4. الکترون‌ها از این انرژی برای پرش از طریق سد به لایه فوقانی نوع n و گردش از مدار استفاده می‌کنند.
5. الکترون‌ها با گردش در مدار لامپ را روشن می‌کنند.

انواع سلول های خورشیدی

مواد گوناگونی تاکنون در ساخت سلولهای خورشیدی استفاده شده اند که بازده و هزینه های ساخت متفاوتی دارند. در واقع این سلول ها باید طوری طراحی شوند که بتوانند طول موج های نور خورشید را که به سطح زمین میرسد با بازده بالا به انرژی مفید تبدیل کنند. بر حسب موادی که برای ساخت سلولهای خورشیدی استفاده می شوند سلول های خورشیدی در چهار نسل قرار می گیرند که در ذیل به آنها اشاره شده است:

1. ویفرهای سیلیکون تک بلوری
2. سیلیکون بیشکل، سیلیکون چندبلوری، کادمیوم تلوراید، آلیاژ مس ایندیوم گالیم دی سلناید
3. سلولهای نانوبلور، سلولهای فوتوالکترو شیمیایی، سلولهای پلیمری، سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ
4. بلورهای معدنی هیبرید شده داخل ماتریکس پلیمری

همچنین سلولهای خورشیدی را از نظر فناوری ساخت میتوان به سه دسته تقسیم کرد، که سلولهای خورشیدی آلی یکی از این موارد است که جزو نسل سوم سلولهای خورشیدی هستند:

1_ سلولهای خورشیدی مبتنی بر مواد آلی:

سلولهای خورشیدی ساخته شده از مواد آلی در مقایسه با همتایان دیگر خود بازده بسیار کمتری دارند. اما به دلیل هزینه ساخت پایین و همچنین قابلیتهایی مانند انعطاف پذیری برای مصارف غیرصنعتی مناسب هستند.

به صورت کلی این نوع از سلولهای خورشیدی مزیتهای متعددی از قبیل فراوری آسان، انعطاف پذیری، سبک وزنی و هزینه ساخت کم را دارا هستند.

انواعی از سلولهای خورشیدی مبتنی بر مواد آلی شامل :

2_ سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ

3_ سلول های خورشیدی پلیمری

4_ سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع

5_ سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون کریستالی:

رایجترین ماده توده برای سلول خورشیدی، سیلیکون کریستالی (c-Si) است. ماده توده سیلیکون با توجه به نوع کریستال و اندازه کریستال به چندین بخش تقسیم میشود: سیلیکون تک کریستالی (c-Si)  |  سیلیکون پلی کریستالی (poly-Si) یا چند کریستالی (mc-Si)

6_ سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون لایه نازک غیر کریستالی(آمورف)

7_ سلول های خورشیدی لایه نازک GaAs

8_ سلول های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی