เซลล์แสงอาทิตย์
ประวัติการค้นพบ

ปรากฏการณ์ของโฟโตโวลตาอิกถูกแสดงให้เห็นถึงด้วยการทดลองเป็นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ A.E. Becquerel ในปี 1839 ตอนอายุ 19 เขาทำการทดลองในห้องปฏิบัติการ ของพ่อของเขา เขาได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์เป็นตัวแรกของโลก ต่อมา Willoughby Smith ได้ อธิบาย"ผลของแสงบนซีลีเนียมระหว่างเดินทางของกระแสไฟฟ้า"เป็นครั้งแรกในบทความชิ้นหนึ่งที่ได้รับการตีพิมพ์ในฉบับ 20 กุมภาพันธ์ 1873 เรื่องธรรมชาติ อย่างไรก็ตามมันไม่มีอะไรเกิดขึ้นจนกระทั่งปี 1883 เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำด้วย solid state ได้ถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกโดย Charles Fritts ผู้เคลือบสารกึ่งตัวนำซีลีเนียมด้วยชั้นที่บางมากๆของทองเพื่อทำให้เป็นทางเชื่อม(อังกฤษ: junction) อุปกรณ์นี้มีประสิทธิภาพประมาณ 1% เท่านั้น ในปี 1888 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซียชื่อ Aleksandr Stoletov สร้างเซลล์แรกที่อยู่บนพื้นฐานของปรากฏการ์ณโฟโตโวลตาอิกด้านนอกที่ถูกค้นพบโดย Heinrich Hertz ก่อนหน้านี้ในปี 1887
Albert Einstein ได้อธิบายกลไกพื้นฐานของตัวกระตุ้นผู้ขนส่งที่ส่งเสริมด้วยแสง หรือผลของโฟโตโวลตาอิก ในปี 1905 ที่ทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์ในปี 1921 ต่อมา Russell Ohl จดสิทธิบัตรเซลล์แสงอาทิตย์ทำด้วยเซมิคอนดักเตอร์ทางเชื่อมในปี 1946 ซึ่งถูกค้นพบในขณะที่เขากำลังทำงานในหลายชุดของความก้าวหน้าที่จะนำไปสู่​​ทรานซิสเตอร์
เซลล์แสงอาทิตย์ในทางปฏิบัติตัวแรกได้รับการพัฒนาในปี 1954 ที่ Bell Laboratories โดย Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller และ Gerald Pearson พวกเขาใช้ซิลิกอนจุดเชื่อม p-n แบบกระจัดกระจาย ที่ทำประสิทธิภาพได้ถึง 6% เมื่อเทียบกับเซลล์ซีลีเนียมที่พบว่ามันยากที่จะไปถึง 0.5% นาย Les Hoffman ซึ่งเป็นซีอีโอ ของบริษัท ฮอฟแมน อิเล็กทรอนิกส์ได้ให้แผนกเซมิคอนดักเตอร์ของเขาบุกเบิกการผลิตและการผลิตแบบจำนวนมากของเซลล์แสงอาทิตย์. จาก 1954 ถึง 1960 ฮอฟแมนได้ปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์จาก 2% ให้เป็น 14%. ในตอนแรกเซลล์พวกนั้นถูกพัฒนา สำหรับของเล่นและการใช้งานเล็กๆน้อยๆอื่นๆ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้มีต้นทุนที่สูงมาก ในแง่การเปรียบเทียบ เซลล์ที่ผลิต 1 วัตต์ของพลังงานไฟฟ้าด้วยแสงแดดที่สดใสเสียค่าใช้จ่าย ประมาณ $250 เปรียบเทียบกับ $2 ถึง $3 ต่อวัตต์ไฟฟ้าจากโรงงานถ่านหิน
อาจจะเป็นเพราะความสำเร็จที่ทำโดยฮอฟแมนอิเล็กทรอนิกส์ เซลล์แสงอาทิตย์ถูกนำออกจากความสับสนโดยข้อเสนอแนะให้นำพวกมันไปใช้กับดาวเทียม Vanguard I ที่เปิดตัวใน ปี 1958 ในแผนเดิม ดาวเทียมจะได้รับพลังงานจากแบตเตอรี่เท่านั้น และเป็นไปตามแผนในช่วงเวลาสั้นๆก่อนที่แผนนี้จะถูกพับลงไป โดยการเพิ่มเซลล์ที่ด้านนอกของตัวยาน เวลาสำหรับภารกิจอาจจะถูกขยายออกไปโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญกับตัวยานอวกาศหรือระบบพลังงานของมัน ในปี 1959 ประเทศสหรัฐอเมริกาส่งยาน Explorer 6. มันใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่คล้ายกับปีก ซึ่งกลายเป็นคุณสมบัติทั่วไปในดาวเทียมในอนาคต อาร์เรย์เหล่านี้ประกอบด้วย 9600 ชุดของเซลล์แสงอาทิตย์ของฮอฟแมน มีความสงสัยในทางลบบางอย่างในตอนแรก แต่ในทางปฏิบัติ เซลล์พิสูจน์แล้วว่าเป็นความสำเร็จอย่างมาก และเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการออกแบบ อย่างรวดเร็วในดาวเทียมใหม่ๆ ที่โดดเด่นก็คือที่เทลสตาร์ของเบลล์
การปรับปรุงเป็นไปอย่างเชื่องช้าในอีกสองทศวรรษต่อมา และการใช้งานอย่างแพร่หลายเป็นการใช้ในการใช้ในงานอวกาศเท่านั้น ในที่ซึ่งอัตราส่วนระหว่างพลังงานกับน้ำหนักของเซลล์เหล่านี้จะสูงกว่าเทคโนโลยีที่แข่งขันกันอยู่ใดๆ อย่างไรก็ตาม ความสำเร็จนี้ยังเป็นเหตุผลสำหรับความคืบหน้าที่ช้าอีกด้วยเนื่องจากผู้ใช้ในอวกาศก็เต็มใจที่จะจ่ายเท่าไรก็ได้สำหรับเซลล์ที่ดีที่สุดที่เป็นไปได้ ไม่มีเหตุผลอะรที่จะลงทุนในการแก้ปัญหาให้ต้นทุนต่ำลงถ้าจะเป็นการลดประสิทธิภาพ แทนที่จะทำอย่างนั้น ราคาของเซลล์จะถูกกำหนดอย่างมากโดยอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากพวกเขาย้ายไปทำวงจรรวมในปี 1960 ได้นำไปสู่​​ความพร้อมของผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ในราคาที่ต่ำกว่า ในขณะที่ราคาของวงจรรวมลดลง ราคาของเซลล์ที่เกิดขึ้นก็ลดลงเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ผลกระทบเหล่านี้ถูกจำกัดลง และในปี 1971 ต้นทุนของเซลล์ประมาณว่าได้ลดลงเหลือ $100 ต่อวัตต์
ในช่วงเวลาที่ผ่านมา การปรับปรุงเพิ่มเติมได้ทำให้ต้นทุนการผลิตลดลงต่ำกว่า $1 ต่อวัตต์ และมีราคาขายส่งอยู่ที่ต่ำกว่า $2 ค่าใช้จ่ายในส่วนของการทำ"สมดุลของระบบ"ตอนนี้สูงกว่าค่าแผงเซลล์เสียอีก ในปี 2010 อาร์เรย์เชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่สามารถถูกสร้างได้ต่ำกว่า $3.40 ต่อวัตต์หลังการทำ commissioning ระบบอย่างเต็มที่
ขณะที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ถูกเคลื่อนไปสู่เซลล์ที่มีขนาดใหญ่กว่าเดิม อุปกรณ์เก่าจึงถูกขายออกไปในราคาที่ถูกมากๆ เซลล์มีขนาดใหญ่ขึ้นในขณะที่อุปกรณ์เก่าที่ยังมีอยู่ในตลาดกลายเป็นส่วนเกินเช่นแผงเดิมของ ARCO Solar ที่ใช้เซลล์ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2 ถึง 4 นิ้ว (50 ถึง 100 มม.) แผงในปี 1990 และ ต้น 2000 โดยทั่วไปใช้เวเฟอร์ขนาด 5 นิ้ว ( 125 มิลลิเมตร) และตั้งแต่ ปี 2008 เกือบทุกแผงใหม่ใช้เซลล์ขนาด 6 นิ้ว (150 มิลลิเมตร) การเข้าตลาดอย่างแพร่หลายของโทรทัศน์จอแบนในปลายปี 1990 และ ต้นยุค 2000 นำไปสู่​​การมีจำหน่ายอย่างกว้างขวางของแก้วคุณภาพสูงแผ่นใหญ่ๆที่ใช้บนด้านหน้าของแผงเซลล์
ในช่วงปี 199X, เซลล์แบบโพลีซิลิคอนได้รับความนิยมมากขึ้น เซลล์เหล่านี้ให้ประสิทธิภาพต่ำกว่า monosilicon ที่เป็นเพื่อนของมัน แต่พวกมันจะถูกสร้างในถังขนาดใหญ่ที่ช่วยลดต้นทุนการผลิต โดยช่วงกลางยุค 200X, โพลีซิลิคอนเป็นที่โดดเด่นในตลาดแผงต้นทุนต่ำ แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้ ความหลากหลายของปัจจัยได้ผลักดันให้โมโนซิลิคอนที่มีประสิทธิภาพสูงได้กลับเข้ามาใช้งานอย่างแพร่หลาย
หลายผู้ผลิตของเซลล์แบบเวเฟอร์ได้ตอบสนองกับราคาซิลิกอนสูงในราคาที่ 2004-2008 ด้วยการลดอย่างรวดเร็วในการบริโภคซิลิกอน ในปี 2008 ตามที่ Jef Poortmans ผู้อำนวยการฝ่าย อินทรีย์และพลังงานแสงอาทิตย์ของ IMEC เซลล์ปัจจุบันจะใช้ระหว่างแปดถึงเก้ากรัมของ ซิลิคอนในการผลิตกระแสไฟฟ้าต่อวัตต์ ด้วยเวเฟอร์ที่มีความหนาในราว 0.200 มิลลิเมตร