سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی جامد است که درصدی از انرژی نور خورشید را، مستقیماً توسط اثر فوتوولتاییک ؛که پدیده شیمیایی یا فیزیکی است و ویژگی ان مثل مقاومت و ولتاژ و جریان است به الکتریسیته تبدیل میکند.سلول خورشیدی مثل فتو ولتائیکتوصیف میشود که منبع آن هم نور خورشید یا نور مصنوعی میتواند باشد آن ها به عنوان موج یاب عکس یا کشف نور یا اشعه الکترومغناطیس استفاده میشود.
عملکرد سلول فتو ولتائیک به سه عامل نیاز دارد:
۱.جذب نور:که جفت حفره الکترونی را اماده میکند.
۲٫جدایی باری که مدل مخالف را حمل میکند.
۳٫جدایی استخراج هایی که بار خارجی را حمل میکند.
در مقابل، یک جمع کننده حرارتی خورشیدی، جذب نور خورشید را به منظور تولید گرما، استفاده میشود از سوی دیگر سلول فوتوالکتریک نوعی از سلولهای فوتوولتائیک اشاره دارد که وسیله ای است که آب را به طور مستقیم به هیدروژن تجزیه می کند .
مجموعه ای از سلول های خورشیدی ماژول های خورشیدی را میسازد که انرژی الکتریکی را از نور خورشید تولید می کنند و به عنوان “ماژول حرارتی خورشیدی” یا “پانل خورشیدی” استفاده می شود.
از ماژول های فتوولتائیک اغلب دارای یک ورق شیشه ای در طرف مقابل آفتاب است که اجازه می دهد تا نور را در حین حفاظت از ویفر های نیمه هادی محافظت کند. سلول های خورشیدی معمولا در مدارهای سری و موازی یا مجموعه ای در ماژول ها متصل می شوند و ولتاژ اضافی ایجاد می کنند. در حال اتصال سلول ها به موازات یک جریان بالاتر را تولید می کند؛ با این حال، مشکلات مانند اثرات سایه می تواند رشته موازی ضعیف (کمتر روشن) (تعدادی از سلول های متصل به سری) را خاموش کند و موجب از دست دادن قدرت قابل توجه و آسیب احتمالی شود. از سال ۲۰۱۴برای هر ماژول جعبه های نیروی اختصاصی فراهم شده است و با مدار موازی در ارتباط است.یک سلول خورشیدی دارای منحنی بازده وابسته به ولتاژ، ضریب دما و زاویه های مجاز سایه است.پانل های خورشیدی دارای ورق شیشه ای ملایم بر روی جلو و یک پوشش پلیمری در پشت هستند.
سلول های خورشیدی در چند مرحله کار میکنند:
_پروتونها در نور خورشید ضربه میبینند و توسط سیلیکون ها جذب میشوند.
_انرژی به الکترونهای سست ضربه میزند و اجازه میدهد که آنها آزاد شده و به گردش درایند .
_مجموعه ای از سلول های خورشیدی ،انرژی خورشیدی را به یک برق مستقیم DC تبدیل می کند.
_معکوس کننده می تواند قدرت را به جریان متناوب (AC) تبدیل کند.
بطور کلی، سیلیکون ها نقش زیادی در جذب دارند و سیلیکون های متنوعی در سلول خورشیدی تعبیه شده است.سیلیکون بلوری سلول خورشیدی معمولی(از سال ۲۰۰۵). تماس های برق ساخته شده از باند (نوار بزرگتر نقره ای رنگ) و میله ها(کوچکتر) بر روی ویفر کربن چاپ شده است.
شناخته شده ترین سلول خورشیدی اتصال p.n است که از سیلیکون بوجود آمده است.
میدان الکتریکی، الکترونها را به ناحیه n و حفرهها را به ناحیه p سوق میدهد. به این ترتیب تراکم بار منفی در ناحیه n و تراکم بار مثبت در ناحیه p زیاد میشود. این تراکم بار، به شکل ولتاژی در دو سر پیوند قابل اندازهگیری است.
مواد سلول خورشیدی باید ویژگی هایی برای جذب نور خورشید داشته باشد.
بعضی از موادسلول ها برای نور های خورشیدی که به سطح زمین می رسند تعبیه شده اند و بعضی از انها با نور های خورشیدی که در فضا هستن سر و کار دارند
بعضی از سلول ها ممکن است از یک لایه نور ساخته شده باشند و بعضی از انها برای جذب نور ساخته شده باشند .
۱۸۸۸ – فیزیکدان روسی الکساندر استولوتوف نخستین سلول را بر اساس اثر فوتوالکتریک بیرونی که هاینریش هرتز در سال ۱۸۸۷ کشف کرد، ساخته است.
۱۹۰۵ – آلبرت اینشتین تئوری نور کوانتومی جدیدی را پیشنهاد کرد و اثر فوتوالکتریک را در یک مقاله برجسته توضیح داد که بخاطر ان جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۲۱ را دریافت کرد.
۱۹۴۱ – وادیم لشکریوف اتصالات p-n در پروتکل های Cu2O و Ag2S را کشف کرد.
۱۹۴۶ – راسل اویل اختراع سلول خورشیدی نیمه رسانای اتصال مدرن را که به پیشرفت ترانزیستور منجر می شود، اختراع کرد.
۱۹۵۴ – نخستین سلول فتوولتائیک کاربردی در آزمایشگاه بل به طور عمومی انجام داده شد.
۱۹۵۸ – با اتصال سلول های خورشیدی به ماهواره Vanguard I شناخته شدند.
همچنین ناسا از همان ابتدا از سلولهای خورشیدی در فضاپیمای خود استفاده کرده است. برای مثال، اکسپلورر ۶، که در سال ۱۹۵۹ راه اندازی شد، دارای چهار بخش بود که یکبار در مدار قرار گرفتند. آنها ماه ها در فضا استفاده میشدند.
پس از بحران نفتی سال ۱۹۷۳، شرکت های نفتی از سود خود بیشتر برای شروع (یا خرید) شرکت های خورشیدی استفاده می کردند و برای ان دهه ها بزرگترین تولید کنندگان بودند.
در دهه ۱۹۶۰، سلول های خورشیدی منبع اصلی اصلی برای بیشتر ماهواره های مدار زمین منظومه شمسی هستند، چرا که آنها بهترین نسبت قدرت به وزن را ارائه می دهند.
سلول خورشیدی در آسیا سریعترین رشد خود را داشت و امروزه چین و ژاپن نیمی از استقرار سلول خورشیدی در سراسر جهان را تشکیل می دهند. ظرفیت جهانی نصب شده PV در سال ۲۰۱۶ به حداقل ۳۰۱ گیگاوات رسید و تا سال ۲۰۱۶ ،۱.۳درصد از قدرت جهانی را تامین کرد.
آزمایشگاه ملی انرژی تجدید پذیر و تایید فن آوری های خورشیدی سه گروه معتبر تجهیزات خورشیدی را تأیید می کنند: UL و IEEE و IEC.
سلول های خورشیدی در ژاپن، آلمان، چین، تایوان، مالزی و ایالات متحده بطور عمده تولید می شوند، در حالی که چین، ایالات متحده و ژاپن (۹۴٪یا بیشتر)در سیستم های نصب شده غالب شده اند. سایر ملت ها ظرفیت تولید سلول های خورشیدی را به دست آورده اند.