แสงอาทิตย์ อาจเคยเห็นเครื่องคิดเลขที่มีเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่และในบางกรณีก็ไม่มีปุ่มปิดด้วยซ้ำ ตราบใดที่มีแสงสว่างเพียงพอ ดูเหมือนว่าจะทำงานตลอดไป อาจเคยเห็นแผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่ขึ้น บางทีบนป้ายบอกทางฉุกเฉิน ตู้โทรศัพท์ ทุ่นลอยน้ำ หรือแม้แต่ในที่จอดรถเพื่อจ่ายไฟให้กับหลอดไฟ แม้ว่าแผงขนาดใหญ่เหล่านี้ จะไม่เหมือนกับเครื่องคิดเลขพลังงานแสงอาทิตย์ แต่พวกมันก็อยู่ข้างนอกนั่น และหาไม่ยากถ้ารู้ว่าจะต้องดูที่ไหน
ความจริงแล้วเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งครั้งหนึ่งเคยใช้ในอวกาศเกือบทั้งหมด โดยจ่ายพลังงานให้กับระบบไฟฟ้าของดาวเทียม เมื่อย้อนกลับไปถึงปี 1958 ถูกนำมาใช้มากขึ้นในรูปแบบที่แปลกใหม่น้อยลง เทคโนโลยีนี้ยังคงปรากฏขึ้นในอุปกรณ์ใหม่ๆตลอดเวลา ตั้งแต่แว่นกันแดด ไปจนถึงสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ความหวังสำหรับการปฏิวัติ พลังงานแสงอาทิตย์ ล่องลอยมานานหลายทศวรรษ ความคิดที่ว่าวันหนึ่งทุกคนจะใช้ไฟฟ้าฟรีจากดวงอาทิตย์ซึ่งนี่เป็นคำมั่นสัญญาที่เย้ายวนเพราะในวันที่อากาศสดใสแสงจากดวงอาทิตย์
โดยจะปล่อยพลังงานออกมาประมาณ 1,000 วัตต์ต่อตารางเมตร ของพื้นผิวดาวเคราะห์ ถ้าสามารถรวบรวมพลังงานทั้งหมดได้ ก็สามารถให้พลังงานแก่บ้านและที่ทำงานได้ฟรี ในบทความนี้ จะตรวจสอบเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อเรียนรู้วิธีที่เซลล์เหล่านี้ เปลี่ยนพลังงานจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ในกระบวนการนี้ จะได้เรียนรู้ว่าเหตุใดจึงเข้าใกล้การใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์มากขึ้นในแต่ละวัน และเหตุใดจึงยังมีการวิจัยเพิ่มเติมที่ต้องทำก่อนที่กระบวนการนี้จะประหยัดต้นทุน
อาจเคยเห็นเครื่องคิดเลขที่มีเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ และในบางกรณีก็ไม่มีปุ่มปิดด้วยซ้ำ ตราบใดที่มีแสงสว่าง เพียงพอ ดูเหมือนว่าจะทำงานตลอดไป อาจเคยเห็นแผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่ขึ้น บางทีบนป้ายบอกทางฉุกเฉิน ตู้โทรศัพท์ ทุ่นลอยน้ำหรือแม้แต่ในที่จอดรถ เพื่อจ่ายไฟให้กับหลอดไฟแม้ว่าแผงขนาดใหญ่เหล่านี้จะไม่เหมือนกับเครื่องคิดเลขพลังงานแสงอาทิตย์ แต่พวกมันก็อยู่ข้างนอกนั่นและหาไม่ยากถ้ารู้ว่าจะต้องดูที่ไหน
ความจริงแล้วเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งครั้งหนึ่งเคยใช้ในอวกาศเกือบทั้งหมด โดยจ่ายพลังงานให้กับระบบไฟฟ้าของดาวเทียม เมื่อย้อนกลับไปถึงปี 1958 ถูกนำมาใช้มากขึ้นในรูปแบบที่แปลกใหม่น้อยลง เทคโนโลยีนี้ยังคงปรากฏขึ้นในอุปกรณ์ใหม่ๆตลอดเวลา ตั้งแต่แว่นกันแดด ไปจนถึงสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าความหวังสำหรับการปฏิวัติพลังงานของแสงอาทิตย์ล่องลอยมานานหลายทศวรรษ ความคิดที่ว่าวันหนึ่งทุกคน จะใช้ไฟฟ้าฟรีจากดวงอาทิตย์นี่เป็นคำมั่นสัญญาที่เย้ายวน
เพราะในวันที่อากาศสดใสแสงจากดวงอาทิตย์ จะปล่อยพลังงานออกมาประมาณ 1,000 วัตต์ต่อตารางเมตร ของพื้นผิวดาวเคราะห์ ถ้าสามารถรวบรวมพลังงานทั้งหมดได้ ก็สามารถให้พลังงานแก่บ้านและที่ทำงานได้ฟรี ในบทความนี้จะตรวจสอบเซลล์ แสงอาทิตย์ เพื่อเรียนรู้วิธีที่เซลล์เหล่านี้จากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ในกระบวนการนี้จะได้เรียนรู้ว่าเหตุใดจึงเข้าใกล้การใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์มากขึ้นในแต่ละวันและเหตุใดจึงยังมีการวิจัยเพิ่มเติมที่ต้องทำก่อนที่กระบวนการนี้จะประหยัดต้นทุน
ซิลิคอนมีสมบัติทางเคมีพิเศษบางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปผลึก อะตอมของซิลิคอนมีอิเล็กตรอน 14 ตัว เรียงตัว กันเป็น 3 เปลือก เปลือกสองอันแรกซึ่งมีอิเล็กตรอนสองและแปดตัวตามลำดับนั้นเต็มแล้วอย่างไรก็ตามเปลือกนอกนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนเพียงสี่ตัวเท่านั้น อะตอมของซิลิคอนจะมองหาวิธีเติมเชลล์ตัวสุดท้ายอยู่เสมอและในการทำเช่นนี้ อะตอมจะใช้อิเล็กตรอนร่วมกับอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงสี่อะตอมมันเหมือนกับว่าแต่ละอะตอมจับมือกับเพื่อนบ้านยกเว้นว่าในกรณีนี้ แต่ละอะตอมจะมีมือสี่ข้าง จับมือกับเพื่อนบ้านสี่คน
นั่นคือสิ่งที่ก่อให้เกิดโครงสร้างผลึกและโครงสร้างนั้นมีความสำคัญต่อเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้ซึ่งจะเป็นปัญหาเดียวคือซิลิคอนที่เป็นผลึกบริสุทธิ์เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี เนื่องจากไม่มีอิเล็กตรอนตัวใดที่สามารถเคลื่อนที่ได้ ซึ่งแตกต่างจากอิเล็กตรอนในตัวนำที่เหมาะสมกว่า เช่น ทองแดงเพื่อแก้ไขปัญหานี้ ซิลิคอนในเซลล์แสงอาทิตย์มีสิ่งเจือปนอะตอมอื่นๆตั้งใจผสมเข้ากับอะตอมของซิลิคอน ซึ่งเปลี่ยนแปลงวิธีการทำงานของสิ่งต่างๆเล็กน้อยมักจะคิดว่าสิ่งเจือปนเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา
แต่ในกรณีนี้เซลล์จะไม่ทำงานหากไม่มีสิ่งเหล่านี้พิจารณาซิลิคอนที่มีอะตอมของฟอสฟอรัสตรงนี้และที่นั่น อาจจะเป็นหนึ่งอะตอมต่อทุกๆล้านอะตอมของซิลิคอน ฟอสฟอรัสมีอิเล็กตรอนห้าตัวในเปลือกนอก ไม่ใช่สี่ตัว มันยังคงยึดเกาะกับอะตอมของซิลิคอนที่อยู่ใกล้เคียง แต่ในแง่หนึ่งฟอสฟอรัสมีอิเล็กตรอนตัวเดียวที่ไม่มีใครให้จับมือด้วยมันไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของพันธะ แต่มีโปรตอนที่เป็นบวกในนิวเคลียสของฟอสฟอรัสที่ยึดมันไว้เมื่อเพิ่มพลังงานลงในซิลิคอนบริสุทธิ์
ในรูปของความร้อนอาจทำให้อิเล็กตรอนสองสามตัวหลุดจากพันธะและออกจากอะตอมได้ ในแต่ละกรณีจะมีรูทิ้งไว้ อิเล็กตรอนเหล่านี้เรียกว่าพาหะอิสระจากนั้นจะเดินสุ่มไปรอบๆตาข่ายผลึกเพื่อหาช่องอื่นที่จะตกลงไปและนำพากระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม มีซิลิคอนบริสุทธิ์อยู่น้อยมาก ซึ่งไม่มีประโยชน์มากนักแต่ซิลิคอนที่ไม่บริสุทธิ์ซึ่งมีอะตอมของฟอสฟอรัสปะปนอยู่นั้นเป็นคนละเรื่องกันใช้พลังงานน้อยกว่ามากในการทำให้อิเล็กตรอนฟอสฟอรัสพิเศษตัวใดตัวหนึ่งหลุดออกไปเพราะพวกมันไม่ได้ผูกพันธะกับอะตอมข้างเคียงใดๆ
และเป็นผลให้อิเล็กตรอนเหล่านี้ส่วนใหญ่หลุดออกจากกัน และมีตัวพาอิสระมากกว่าที่จะมีในซิลิคอนบริสุทธิ์ กระบวนการเพิ่มสิ่งเจือปนตามวัตถุประสงค์เรียกว่าการเติมและเมื่อเจือด้วยฟอสฟอรัส ซิลิคอนที่ได้จะเรียกว่าสารกึ่งตัวนำประเภทเอ็น เพราะความชุกของอิเล็กตรอนอิสระซิลิคอนเจือชนิด N เป็นตัวนำที่ดีกว่าซิลิคอนบริสุทธิ์มาก ส่วนอื่นๆของเซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไปถูกเจือด้วยธาตุโบรอน ซึ่งมีอิเล็กตรอนเพียงสามตัวในเปลือกนอกแทนที่จะเป็นสี่ตัว กลายเป็นซิลิคอนชนิด P แทนที่จะมีอิเล็กตรอนอิสระ จะมีช่องเปิดอิสระและมีประจุตรงข้าม
นานาสาระ: ภาษี อธิบายการทำความเข้าใจและการศึกษาเกี่ยวกับภาษีคาร์บอนคืออะไร
