سلول‌های خورشیدی از سیلیکون ساخته می‌شوند و این صفحه های سیلیکونی مستقیماً انرژی تابشی خورشید را از طریق اثر فتوولتائیک به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.این صفحه ها از فرم‌های سیلیکونی آمورف (غیر کریستالی) تا پلی کریستالی تا کریستالی (تک کریستالی) متغیر هستند.
برخلاف باتری‌ها یا سلول‌های سوختی، سلول‌های خورشیدی از واکنش‌های شیمیایی استفاده نمی‌کنند یا برای تولید نیروی الکتریکی به سوخت نیاز ندارند و برخلاف ژنراتورهای الکتریکی، هیچ قطعه متحرکی ندارند.سلول های خورشیدی را می توان در گروه های بزرگی به نام آرایه ها مرتب کرد.
این آرایه‌ها، متشکل از هزاران سلول منفرد، می‌توانند به عنوان ایستگاه‌های برق مرکزی عمل کنند و نور خورشید را به انرژی الکتریکی برای توزیع به کاربران صنعتی، تجاری و مسکونی تبدیل کنند.سلول‌های خورشیدی در اندازه های بسیار کوچک تر، که معمولاً به عنوان پنل‌های سلول خورشیدی یا به سادگی پنل‌های خورشیدی شناخته می‌شوند، توسط صاحبان خانه‌ها بر روی پشت بام‌های خانه نصب شده‌اند تا منبع برق معمولی خود را جایگزین یا تقویت کنند.
پنل های خورشیدی همچنین برای تامین انرژی الکتریکی در بسیاری از مکان های زمینی دورافتاده که در آن منابع برق معمولی یا در دسترس نیستند یا نصب آنها بسیار گران است، استفاده می شود. از آنجایی که سلول‌های خورشیدی هیچ بخش متحرکی ندارند که به تعمیر و نگهداری نیاز داشته باشد یا سوختی که نیاز به دوباره‌سازی داشته باشد، تامین می‌کند.سلول‌های خورشیدی در برخی از محصولات مانند اسباب بازی های الکترونیکی، ماشین حساب های دستی و رادیوهای قابل حمل استفاده میشود. سلول های خورشیدی مورد استفاده در دستگاه هایی از این نوع ممکن است از نور مصنوعی (مانند لامپ های رشته ای و فلورسنت) و همچنین نور خورشید استفاده کنند.
آینده ی انرژی خورشیدی
در حالی که کل تولید انرژی فتوولتائیک ناچیز است، احتمالاً با کاهش منابع سوخت فسیلی افزایش می یابد. در واقع، محاسبات مبتنی بر مصرف انرژی پیش‌بینی‌شده در جهان تا سال 2030 نشان می‌دهد که نیازهای جهانی انرژی توسط پنل‌های خورشیدی که با بازدهی 20 درصدی کار می‌کنند و تنها حدود 496805 کیلومتر مربع (191817 مایل مربع) از سطح زمین را پوشش می‌دهند برآورده میشود. نیازهای مادی بسیار زیاد اما امکان پذیر خواهد بود، زیرا سیلیکون دومین عنصر فراوان در پوسته زمین است. این عوامل باعث شده است که طرفداران انرژی خورشیدی یک “اقتصاد خورشیدی” آینده را تصور کنند که در آن عملاً تمام انرژی مورد نیاز بشر توسط نور خورشید ارزان، تمیز و تجدید پذیر برآورده می شود.
ساختار و عملکرد سلول خورشیدی
سلول های خورشیدی اغلب ساختار اولیه یکسانی دارند.نور از طریق یک پوشش نوری یا لایه ضد انعکاس وارد دستگاه می شود که از دست دادن نور توسط بازتاب را به حداقل می رساند. به طور موثر نوری را که روی سلول خورشیدی می‌افتد، با ارتقای انتقال آن به لایه‌های تبدیل انرژی زیر به دام می‌اندازد. لایه ضد انعکاس معمولاً اکسیدی از سیلیکون، تانتالیوم یا تیتانیوم است که بر روی سطح سلول با پوشش اسپین یا روش رسوب در خلاء تشکیل می شود.
سه لایه تبدیل انرژی در زیر لایه ضد انعکاس عبارتند از: لایه اتصال بالا، لایه جاذب که هسته دستگاه را تشکیل می دهد و لایه اتصال پشتی. دو لایه تماس الکتریکی اضافی برای انتقال جریان الکتریکی به یک بار خارجی و بازگشت به سلول مورد نیاز است، بنابراین یک مدار الکتریکی کامل می شود. لایه تماس الکتریکی روی صفحه سلول که نور وارد آن می شود به طور کلی به شکل شبکه ای وجود دارد و از یک هادی خوب مانند فلز تشکیل شده است. از آنجایی که بلوک‌های فلزی نور را مسدود می‌کنند، خطوط شبکه تا جایی که ممکن است نازک و با فواصل گسترده‌ای هستند بدون اینکه در جمع‌آوری جریان تولید شده توسط سلول اختلال ایجاد کنند.
لایه تماس الکتریکی پشتی چنین محدودیت های کاملا مخالفی ندارد. این به سادگی باید به عنوان یک تماس الکتریکی عمل کند و در نتیجه کل سطح پشتی ساختار سلول را پوشش دهد. از آنجا که لایه پشتی نیز باید رسانای الکتریکی بسیار خوبی باشد، همیشه از فلز ساخته شده است.از آنجایی که بیشتر انرژی نور خورشید و نور مصنوعی در محدوده مرئی تابش الکترومغناطیسی است، یک جاذب سلول خورشیدی باید در جذب تابش در آن طول موج ها کارآمد باشد. موادی که به شدت تابش مرئی را جذب می کنند متعلق به دسته ای از مواد به نام نیمه هادی ها هستند.
نیمه هادی ها با ضخامت های حدود یک صدم سانتی متر یا کمتر می توانند تمام نور مرئی برخوردی را جذب کنند. از آنجایی که لایه‌های اتصال و تماس بسیار نازک‌تر هستند، ضخامت سلول خورشیدی اساساً ضخامت جاذب است. نمونه هایی از مواد نیمه رسانا به کار رفته در سلول های خورشیدی عبارتند از سیلیکون، آرسنید گالیم، فسفید ایندیم و سلنید ایندیم مس.
منبع :Solar cell structure and operation