พึ่งรู้! โซล่าเซลล์ทำมาจาก ดิน หิน ทราย ?

        โซล่าเซลล์ทำมาจากดิน หิน และทราย ดิน หิน และทรายเป็นแหล่งวัตถุดิบหลักในการผลิตซิลิกอน ซึ่งเป็นวัสดุหลักที่ใช้ในการผลิตโซล่าเซลล์ กระบวนการผลิตโซล่าเซลล์เริ่มต้นจากการสกัดซิลิกอนจากหินทราย โดยนำหินทรายไปผ่านกระบวนการความร้อนสูงจนหลอมเหลว จากนั้นจึงนำซิลิกอนที่หลอมเหลวไปผ่านกระบวนการกลั่น (Distillation) เพื่อแยกซิลิกอนบริสุทธิ์ออกมา

        ซิลิกอนบริสุทธิ์ที่ได้จากการถลุงจะนำไปผ่านกระบวนการหล่อ (Casting) เพื่อขึ้นรูปเป็นแผ่นซิลิกอนที่มีขนาดและรูปร่างตามต้องการ จากนั้นจึงนำแผ่นซิลิกอนไปผ่านกระบวนการแพร่สาร (Diffusion) เพื่อปรับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของแผ่นซิลิกอนให้กลายเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P-type และ N-type ซึ่งสารเจือปนที่นิยมใช้กัน ได้แก่ ฟอสฟอรัส (Phosphorus) สำหรับสร้าง P-type และโบรอน (Boron) สำหรับสร้าง N-type

        หลังจากการแพร่สารแล้ว แผ่นซิลิกอนจะถูกตัดเป็นแผ่นบางๆ เรียกว่า เวเฟอร์ (Wafer) ซึ่งเวเฟอร์แต่ละแผ่นจะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-20 เซนติเมตร จากนั้นนำเวเฟอร์ไปผ่านกระบวนการสร้างรอยต่อ พี-เอ็น (P-N junction formation) ซึ่งเป็นส่วนที่ทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ เวเฟอร์ที่ได้จะถูกเคลือบด้วยวัสดุป้องกันต่างๆ เช่น กระจก พลาสติก หรือฟิล์ม เพื่อปกป้องเวเฟอร์จากความเสียหายจากสภาพแวดล้อม เช่น ฝุ่นละออง น้ำฝน และแสงแดด

        ขั้นตอนสุดท้ายคือการประกอบเวเฟอร์หลายแผ่นเข้าด้วยกันเป็นแผงโซล่าเซลล์ (Solar panel) โดยแผงโซล่าเซลล์แต่ละแผงจะมีขนาดและความหนาแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการใช้งาน

ขั้นตอนการผลิตโซล่าเซลล์แบ่งออกเป็น 7 ขั้นตอน ดังนี้

1. การถลุงซิลิกอน (Silicon refining)

ขั้นตอนแรกคือการถลุงซิลิกอนจากหินทราย โดยนำหินทรายไปผ่านกระบวนการความร้อนสูงจนหลอมเหลว จากนั้นจึงนำซิลิกอนที่หลอมเหลวไปผ่านกระบวนการกลั่น (Distillation) เพื่อแยกซิลิกอนบริสุทธิ์ออกมา

2. การหล่อซิลิกอน (Silicon casting)

ซิลิกอนบริสุทธิ์ที่ได้จากการถลุงจะนำไปผ่านกระบวนการหล่อ (Casting) เพื่อขึ้นรูปเป็นแผ่นซิลิกอนที่มีขนาดและรูปร่างตามต้องการ

3. การแพร่สาร (Diffusion)

ขั้นตอนนี้เป็นการเติมสารเจือปน (Dopant) เข้าไปในแผ่นซิลิกอน เพื่อปรับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของแผ่นซิลิกอนให้กลายเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P-type และ N-type ซึ่งสารเจือปนที่นิยมใช้กัน ได้แก่ ฟอสฟอรัส (Phosphorus) สำหรับสร้าง P-type และโบรอน (Boron) สำหรับสร้าง N-type

4. การตัดแผ่นซิลิกอน (Wafer cutting)

หลังจากการแพร่สารแล้ว แผ่นซิลิกอนจะถูกตัดเป็นแผ่นบางๆ เรียกว่า เวเฟอร์ (Wafer) ซึ่งเวเฟอร์แต่ละแผ่นจะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-20 เซนติเมตร

5. การสร้างรอยต่อ พี-เอ็น (P-N junction formation)

ขั้นตอนนี้เป็นการเชื่อมแผ่นเวเฟอร์ P-type และ N-type เข้าด้วยกันเพื่อสร้างรอยต่อ พี-เอ็น (P-N junction) ซึ่งเป็นส่วนที่ทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์

6. การเคลือบป้องกัน (Encapsulation)

ขั้นตอนนี้เป็นการเคลือบแผ่นเวเฟอร์ด้วยวัสดุป้องกันต่างๆ เช่น กระจก พลาสติก หรือฟิล์ม เพื่อปกป้องแผ่นเวเฟอร์จากความเสียหายจากสภาพแวดล้อม เช่น ฝุ่นละออง น้ำฝน และแสงแดด

7. การประกอบแผงโซล่าเซลล์ (Solar panel assembly)

ขั้นตอนสุดท้ายคือการประกอบแผ่นเวเฟอร์หลายแผ่นเข้าด้วยกันเป็นแผงโซล่าเซลล์ (Solar panel) โดยแผงโซล่าเซลล์แต่ละแผงจะมีขนาดและความหนาแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการใช้งาน

ทั้งนี้ กระบวนการผลิตโซล่าเซลล์แต่ละขั้นตอนอาจแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการผลิตและวัสดุที่ใช้

        โซล่าเซลล์ถือกำเนิดขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1954 โดย แชปปิน (Chapin), ฟูลเลอร์ (Fuller) และเพียสัน (Pearson) แห่งเบลล์เทลเลโฟน (Bell Telephone) โดยทั้ง 3 ท่านได้ค้นพบเทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ พี-เอ็น (P-N) แบบใหม่ โดยวิธีการแพร่สารเข้าไปในผลึกของซิลิกอน จนได้โซล่าเซลล์ชิ้นแรกของโลกซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 6%

ก่อนหน้านั้น โซล่าเซลล์ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1883 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ เซลเมอร์ (Selman) แต่โซล่าเซลล์ของเซลเมอร์มีประสิทธิภาพต่ำมาก เพียง 1% เท่านั้น

หลังจากการค้นพบของแชปปิน ฟูลเลอร์ และเพียสัน ในปี ค.ศ. 1954 เทคโนโลยีการผลิตโซล่าเซลล์ก็ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยในปี ค.ศ. 1958 ประสิทธิภาพของโซล่าเซลล์ได้เพิ่มขึ้นเป็น 11% ในปี ค.ศ. 1962 เพิ่มขึ้นเป็น 15% ในปี ค.ศ. 1970 เพิ่มขึ้นเป็น 20% ในปี ค.ศ. 1980 เพิ่มขึ้นเป็น 25% ในปี ค.ศ. 1990 เพิ่มขึ้นเป็น 30% ในปี ค.ศ. 2000 และเพิ่มขึ้นเป็น 40% ในปี ค.ศ. 2023

การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตโซล่าเซลล์อย่างต่อเนื่องนี้ ส่งผลให้ราคาของโซล่าเซลล์ลดลงอย่างมาก จากเดิมที่ราคาของโซล่าเซลล์ 1 วัตต์ สูงถึง 1,000 ดอลลาร์สหรัฐ ในปี ค.ศ. 1970 ปัจจุบันราคาของโซล่าเซลล์ 1 วัตต์ ลดลงเหลือเพียงประมาณ 50 ดอลลาร์สหรัฐเท่านั้น

การลดลงของราคาโซล่าเซลล์นี้ ส่งผลให้โซล่าเซลล์กลายเป็นพลังงานทางเลือกที่ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ในปัจจุบัน โซล่าเซลล์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายประเทศทั่วโลก ทั้งภาคครัวเรือน ภาคธุรกิจ และภาคอุตสาหกรรม

หลักการทำงานของโซล่าเซลล์นั้น อาศัยหลักการของโฟโตโวลตาอิก (Photovoltaic effect) คือ พลังงานแสงอาทิตย์จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นในสารกึ่งตัวนำ ซึ่งสารกึ่งตัวนำที่ใช้ในการผลิตโซล่าเซลล์ส่วนใหญ่จะเป็นซิลิกอน (Silicon)

กระบวนการผลิตโซล่าเซลล์นั้น เริ่มต้นจากการสกัดซิลิกอนบริสุทธิ์จากหินทราย จากนั้นจึงนำซิลิกอนบริสุทธิ์ไปผ่านกระบวนการหล่อ (Casting) เพื่อขึ้นรูปเป็นแผ่น จากนั้นจึงผ่านกระบวนการแพร่สาร (Diffusion) เพื่อสร้างรอยต่อ พี-เอ็น (P-N junction) บนแผ่นซิลิกอน

หลังจากนั้นจึงนำแผ่นซิลิกอนไปผ่านกระบวนการอบ (Annealing) เพื่อปรับโครงสร้างของผลึกซิลิกอน จากนั้นจึงนำแผ่นซิลิกอนไปผ่านกระบวนการเคลือบ (Coating) เพื่อปกป้องสารกึ่งตัวนำจากการกัดกร่อนของแสงแดด

ขั้นตอนสุดท้ายคือการประกอบแผ่นซิลิกอนหลายแผ่นเข้าด้วยกันเป็นแผงโซล่าเซลล์ (Solar panel) โดยแผงโซล่าเซลล์แต่ละแผงจะมีขนาดและความหนาแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการใช้งาน

ปัจจุบันโซล่าเซลล์เป็นพลังงานทางเลือกที่ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากเป็นพลังงานสะอาด ไม่ก่อมลพิษ และสามารถผลิตไฟฟ้าได้ทุกที่ที่มีแสงแดด

ประโยชน์ของโซล่าเซลล์มีดังนี้

• เป็นพลังงานสะอาด ไม่ก่อมลพิษ โซล่าเซลล์ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นพลังงานสะอาด ไม่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกหรือมลพิษอื่นๆ จึงเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและช่วยลดภาวะโลกร้อน
• สามารถผลิตไฟฟ้าได้ทุกที่ที่มีแสงแดด โซล่าเซลล์ไม่จำเป็นต้องอาศัยแหล่งน้ำหรือทรัพยากรธรรมชาติอื่นๆ จึงสามารถผลิตไฟฟ้าได้ในทุกพื้นที่ที่มีแสงแดด ไม่ว่าจะเป็นบนหลังคาบ้าน หลังคาโรงงาน หรือพื้นที่ว่างเปล่า
• ช่วยลดต้นทุนค่าไฟฟ้า การติดตั้งโซล่าเซลล์สามารถช่วยลดต้นทุนค่าไฟฟ้าได้ในระยะยาว โดยผู้ใช้โซล่าเซลล์สามารถผลิตไฟฟ้าใช้เองได้โดยไม่ต้องเสียค่าไฟฟ้าให้กับหน่วยงานรัฐ
• เพิ่มความมั่นคงด้านพลังงาน โซล่าเซลล์เป็นพลังงานทางเลือกที่จะช่วยเพิ่มความมั่นคงด้านพลังงานให้กับประเทศ เพราะสามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องและไม่มีวันหมด

นอกจากนี้ โซล่าเซลล์ยังมีประโยชน์อื่นๆ อีกมากมาย เช่น ช่วยลดการนำเข้าเชื้อเพลิงจากต่างประเทศ เพิ่มรายได้ให้กับเกษตรกร ส่งเสริมการพัฒนาเศรษฐกิจฐานราก และสร้างงานใหม่ให้กับประชาชน

โดยรวมแล้ว โซล่าเซลล์เป็นพลังงานทางเลือกที่มีประโยชน์มากมาย ทั้งต่อสิ่งแวดล้อม เศรษฐกิจ และสังคม