แผงโซลาร์เซลล์หรือที่เรียกว่า "โซลาร์ชิป" หรือ "โฟโตเซลล์" และ "เซลล์แสงอาทิตย์" เป็นแผ่นเซมิคอนดักเตอร์แบบโฟโตอิเล็กทริกที่ใช้แสงจากแสงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าโดยตรง อุปกรณ์ที่แปลงพลังงานแสงจากแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงผ่านเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกหรือเอฟเฟกต์โฟโตเคมี ในทางฟิสิกส์ เรียกว่า photovoltaic (Photovoltaic, abbreviated as PV) หรือ photovoltaic for short. ไม่สามารถใช้เซลล์แสงอาทิตย์เดี่ยวเป็นแหล่งพลังงานได้โดยตรง เพื่อใช้เป็นแหล่งพลังงาน เซลล์แสงอาทิตย์หลายเซลล์ต้องเชื่อมต่อแบบอนุกรมและขนานและปิดผนึกอย่างแน่นหนาในส่วนประกอบต่างๆ หลักการทำงานคือแผงโซลาร์เซลล์ดูดซับพลังงานแสงจากแสงอาทิตย์ในระหว่างวันและแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าและเก็บไว้ในแบตเตอรี่ และแบตเตอรี่จะจ่ายพลังงานให้กับไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ในตอนกลางคืน เหตุใดแผงโซลาร์เซลล์จึงผลิตไฟฟ้าในสภาพที่มีแดดจ้า?
แผงเซลล์แสงอาทิตย์มักใช้อุปกรณ์ที่ตอบสนองต่อแสงและสามารถแปลงพลังงานแสงจากแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้ วัสดุที่พบมากที่สุดคือซิลิกอน ซึ่งเป็นหนึ่งในวัสดุที่มีมากที่สุดในโลก มีลักษณะเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งวางรากฐานสำหรับกระบวนการแปลงโฟโตอิเล็กทริกของแผงโซลาร์เซลล์
แต่สิ่งแรกที่ต้องเข้าใจก็คือค่าการนำไฟฟ้าของซิลิคอนบริสุทธิ์นั้นต่ำมาก และไม่มีอิเล็กตรอนที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในโครงสร้างผลึก เพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า ซิลิคอนบริสุทธิ์มักจะเจือด้วยสิ่งเจือปนตามรอยเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า ตามลักษณะนี้ สามารถสร้างอุปกรณ์นำไฟฟ้าที่แตกต่างกันได้
สำหรับซิลิคอนที่ใช้ทำแผงโซลาร์เซลล์ของไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ มักจะเติมฟอสฟอรัสหรือโบรอน เมื่อเติมโบรอนลงไป ผลึกซิลิกอนจะเกิดเป็นรู เนื่องจากอะตอมซิลิกอนเดิมล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอน 4 ตัว และอะตอมของโบรอนล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนเพียง 3 ตัว รูจะถูกสร้างขึ้นเมื่อเจือลงในโครงสร้างผลึกเดิม หากไม่มีอิเล็กตรอน รูนี้จะไม่เสถียรมากและดูดซับอิเล็กตรอนอื่นๆ เพื่อสร้างสารกึ่งตัวนำชนิด P ได้ง่าย
เมื่อเจือธาตุฟอสฟอรัสเป็นผลึกซิลิกอน เนื่องจากมีอิเล็กตรอน 5 ตัวอยู่รอบๆ อะตอมของฟอสฟอรัส อิเล็กตรอนที่เกินมาจะมีปฏิกิริยารุนแรง ก่อตัวเป็นเซมิคอนดักเตอร์ประเภท N มีหลายรูในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P และมีอิเล็กตรอนอิสระจำนวนมากในเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N เมื่อทั้งสองสัมผัสกัน อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้จะพบรูและเติมเต็ม พื้นผิวสัมผัสระหว่างทั้งสองจะสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น นั่นคือทางแยก PN ด้านประเภท P มีประจุบวกและประจุลบ และด้านประเภท N มีประจุบวก
เมื่อได้รับแสง พลังงานที่มีอยู่ในแสงจะถูกถ่ายโอนไปยังเซมิคอนดักเตอร์ พลังงานนี้จะทำให้โครงสร้างของอิเล็กตรอนคลายตัวและเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ เนื่องจากพลังงานแสงจากแสงอาทิตย์จะแยกอิเล็กตรอนและรูออกจากกัน ภายใต้สถานการณ์ปกติ โฟตอนที่มีพลังงานจำนวนหนึ่งจะปล่อยอิเล็กตรอน ซึ่งเพิ่งจะเกิดเป็นรูอิสระ หากสิ่งนี้เกิดขึ้นใกล้กับพื้นผิวสัมผัส และเมื่อถูกดึงดูดโดยสนามไฟฟ้าในตัว อิเล็กตรอนจะไหลเข้าสู่โซน n และรูจะไหลเข้าสู่โซน P ทำให้เกิดกระแสจากโซนประเภท N ไปยังโซน P- ประเภทโซน โรงไฟฟ้าของแบตเตอรี่เกิดขึ้น ไฟฟ้าเกิดขึ้นจากแรงดันไฟฟ้าซึ่งใช้สำหรับชาร์จ
อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเซมิคอนดักเตอร์ไม่ใช่ตัวนำไฟฟ้าที่ดี และอิเล็กตรอนจะไหลผ่านทางแยก PN แล้วไหลในเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งจะทำให้สูญเสียมาก ดังนั้นชั้นบนมักจะเคลือบด้วยโลหะ แต่ถ้าทาสีจนหมดจะทำให้แสงแดดส่องผ่านไม่ได้ ภายใต้สถานการณ์ปกติ ตะแกรงโลหะถูกใช้เพื่อปิดทางแยก PN ข้อสังเกตอีกอย่างหนึ่งคือพื้นผิวของซิลิกอนสะท้อนแสงได้สูง หากไม่ได้รับการรักษา จะสะท้อนแสงอาทิตย์ปริมาณมาก เพื่อแก้ปัญหานี้ ผู้ผลิตไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์มักจะเพิ่มชั้นฟิล์มป้องกันที่มีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแสงต่ำบนแผงโซลาร์เซลล์ การสูญเสียที่เกิดจากการสะท้อนจะถูกควบคุมภายใน 5 เปอร์เซ็นต์
