knowledge

เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell)
เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์กรรมทางอิเลคทรอนิกส์ ที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงาน ไฟฟ้า โดยการนำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน ซึ่งมีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เพื่อผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ และทันทีที่แสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รังสีของแสงที่มีัอนุภาคของพลังงานประกอบที่เรียกว่า โฟตอน (Proton) จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอน (Electron) ในสารกึ่งตัวนำจนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของอะตอม (atom) และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ดังนั้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรจะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น เมื่อพิจารณาลักษณะการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์พบว่า เซลล์แสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงที่สุดในช่วงเวลากลางวัน ซึ่งสอดคล้องและเหมาะสมในการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้ผลิตไฟฟ้า เพื่อแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงานไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวัน

การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มีจุดเด่นที่สำคัญ แตกต่างจากวิธีอื่นหลายประการ ดังต่อไปนี้

ประเภทของ ” เซลล์แสงอาทิตย์ “

เซลล์แสงอาทิตย์ที่นิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบันจะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ

1. กลุ่ม เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอน  จะแบ่งตามลักษณะของผลึกที่เกิดขึ้น คือ แบบที่เป็น รูปผลึก ( Crystal ) และแบบที่ไม่เป็นรูปผลึก (Amorphous) แบบที่เป็นรูปผลึก จะแบ่งออกเป็น2 ชนิด คือ ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน ( Single Crystalline Silicon Solar Cell) และ ชนิดผลึกรวมซิลิคอน ( Poly Crystalline Silicon Solar Cell) แบบที่ไม่เป็นรูปผลึก คือ ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน ( Amorphous Silicon Solar Cell)

2. กลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารประกอบที่ไม่ใช่ซิลิคอน ซึ่งประเภทนี้ จะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 25% ขึ้นไป แต่มีราคาสูงมาก ไม่นิยมนำมาใช้บนพื้นโลก จึงใช้งานสำหรับดาวเทียมและระบบรวมแสงเป็นส่วนใหญ่ แต่การพัฒนาขบวนการผลิตสมัยใหม่จะทำให้มีราคาถูกลง และนำมาใช้มากขึ้นในอนาคต ( ปัจจุบันนำมาใช้เพียง 7 % ของปริมาณที่มีใช้ทั้งหมด )

ส่วนประกอบของเซลล์แสงอาทิตย์

ขบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์  

วัสดุที่ใช้ทำเซลล์แสงอาทิตย์

วัสดุ สำคัญที่ใช้ทำเซลล์แสงอาทิตย์ ที่ใช้มากที่สุดในปัจจุบันได้แก่ สารซิลิคอน (Si) ซึ่งเป็นสารชนิดเดียวกับที่ใช้ทำชิพในคอมพิวเตอร์และเครื่องอิเล็กทรอนิกส์ ซิลิคอนเป็นสารซึ่งไม่เป็นพิษ มีการนำมาผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะมีราคาถูก คงทน และเชื่อถือได้ นอกจากนี้ยังมีวัสดุชนิดอื่นที่สามารถนำมาผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ได้ เช่น แกลเลียมอาเซไนด์ CIS และ แคดเมียมเทลเลอไรด์ แต่ยังมีราคาสูง และบางชนิดยังไม่มีการพิสูจน์เรื่องอายุการใช้งานว่าสามารถใช้งานได้นาน

ข้อเสียของ Si : การทำให้บริสุทธิ์และอยู่ในรูปสารที่พร้อมจะทำเซลล์ฯ มีราคาแพง และ แตกหักง่ายในขบวนการผลิต

ขั้นตอนการผลิตสารซิลิคอนบริสุทธิ์   

1) การผลิต MG-Si จากหินควอทไซต์หรือทราย    SiO2+ 2C —-> Si + 2CO (ปฏิกิริยาภายในเตาหลอม)  ความบริสุทธิของ Si 98 – 99%

2) การผลิต SeG-Si จาก MG-Si

2.1) เปลี่ยนสถานะ Si เป็นแก๊ส โดยวิธี Fractional Distillation  Si + 3 HCl ——-> SiHCl3+ H2

2.2) SiHCl3 ทำปฏิกริยากับ H2 ได้ Si บริสุทธิ์ 99.999%   SiHCl3 + H2 ——-> Si + HCl

เป็นการทำ Si ให้บริสุทธิ์ ขั้นตอนนี้ได้ Polycrystal

หลักการทำงาน ” เซลล์แสงอาทิตย์

การ ทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นขบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าได้โดยตรง โดยเมื่อแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและมีพลังงานกระทบกับสารกึ่งตัวนำ จะเกิดการถ่ายทอดพลังงานระหว่างกัน พลังงานจากแสงจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า (อิเลคตรอน) ขึ้นในสารกึ่งตัวนำ จึงสามารถต่อกระแสไฟฟ้าดังกล่าวไปใช้งานได้ (ตามรูป)

1. n – type ซิลิคอน ซึ่งอยู่ด้านหน้าของเซลล์ คือ สารกึ่งตัวนำที่ได้การโดปปิ้งด้วยสารฟอสฟอรัส มีคุณสมบัติเป็นตัวให้อิเล็กตรอนเมื่อรับพลังงานจากแสงอาทิตย์
p – type ซิลิคอน คือสารกึ่งตัวนำที่ได้การโดปปิ้งด้วยสารโบรอน ทำให้โครงสร้างของอะตอมสูญเสียอิเล็กตรอน (โฮล) เมื่อรับพลังงาน จากแสงอาทิตย์จะทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอน เมื่อนำซิลิคอนทั้ง 2 ชนิด มาประกบต่อกันด้วย p – n junction จึงทำให้เกิดเป็น ” เซลล์แสงอาทิตย์ ” ในสภาวะที่ยังไม่มีแสงแดด n – type ซิลิคอนซึ่งอยู่ด้านหน้าของเซลล์ ส่วนประกอบส่วนใหญ่พร้อมจะให้อิเล็กตรอน แต่ก็ยังมีโฮลปะปนอยู่บ้างเล็กน้อย ด้านหน้าของ n – type จะมีแถบโลหะเรียกว่า Front Electrode ทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอน ส่วน p – type ซิลิคอนซึ่งอยู่ด้านหลังของเซลล ์ โครงสร้างส่วนใหญ่เป็นโฮล แต่ยังคงมีอิเล็กตรอนปะปนบ้างเล็กน้อย ด้านหลังของ p – type ซิลิคอนจะมีแถบโลหะเรียกว่า Back Electrode ทำหน้าที่เป็นตัวรวบรวมโฮล

2. เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบ แสงอาทิตย์จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอนและโฮล ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว เมื่อพลังสูงพอทั้งอิเล็กตรอนและโฮลจะวิ่งเข้าหาเพื่อจับคู่กัน อิเล็กตรอนจะวิ่งไปยังชั้น n – type และโฮลจะวิ่งไปยังชั้น p type

3. อิเล็กตรอนวิ่งไปรวมกันที่ Front Electrode และโฮลวิ่งไปรวมกันที่ Back Electrode เมื่อมีการต่อวงจรไฟฟ้าจาก Front Electrode และ Back Elec trode ให้ครบวงจร ก็จะเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น เนื่องจากทั้งอิเล็กตรอนและโฮลจะวิ่งเพื่อจับคู่กัน

การผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์

การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ แบ่งออกเป็น 3 ระบบ คือ

1) การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ (PV Stand alone system) เป็นระบบผลิตไฟฟ้าที่ได้รับการออกแบบสำหรับใช้งานในพื้นที่ชนบทที่ไม่มีระบบ สายส่งไฟฟ้า อุปกรณ์ระบบที่สำคัญประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์ควบคุมการประจุแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ และอุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับแบบอิสระ

2) การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบต่อกับระบบจำหน่าย (PV Grid connected system)
เป็นระบบผลิตไฟฟ้าที่ถูกออกแบบสำหรับผลิตไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้า กระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ เข้าสู่ระบบสายส่งไฟฟ้าโดยตรง ใช้ผลิตไฟฟ้าในเขตเมือง หรือพื้นที่ที่มีระบบจำหน่ายไฟฟ้าเข้าถึง อุปกรณ์ระบบที่สำคัญประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับชนิดต่อกับระบบจำหน่าย ไฟฟ้า

3) การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบผสมผสาน (PV Hybrid system)
เป็นระบบผลิตไฟฟ้าที่ถูกออกแบบสำหรับทำงานร่วมกับอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าอื่นๆ เช่น ระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับพลังงานลม และเครื่องยนต์ดีเซล ระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับพลังงานลม และไฟฟ้าพลังน้ำ เป็นต้น โดยรูปแบบระบบจะขึ้นอยู่กับการออกแบบตามวัตถุประสงค์โครงการเป็นกรณีเฉพาะ

คุณสมบัติและตัวแปรที่สำคัญของเซลล์แสงอาทิตย์ 

ตัว แปรที่สำคัญที่มีส่วนทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพการทำงานในแต่ละ พื้นที่ต่างกัน และมีความสำคัญในการพิจารณานำไปใช้ในแต่ละพื้นที่ ตลอดจนการนำไปคำนวณระบบหรือคำนวณจำนวนแผงแสงอาทิตย์ที่ต้องใช้ในแต่ละ พื้นที่ มีดังนี้

1. ความเข้มของแสง

กระแสไฟ (Current) จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสง หมายความว่าเมื่อความเข้มของแสงสูง กระแสที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ก็จะสูงขึ้น ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าหรือโวลต์แทบจะไม่แปรไปตามความเข้มของแสงมากนัก ความเข้มของแสงที่ใช้วัดเป็นมาตรฐานคือ ความเข้มของแสงที่วัดบนพื้นโลกในสภาพอากาศปลอดโปร่ง ปราศจากเมฆหมอกและวัดที่ระดับน้ำทะเลในสภาพที่แสงอาทิตย์ตั้งฉากกับพื้นโลก ซึ่งความเข้ม ของแสงจะมีค่าเท่ากับ 100 mW ต่อ ตร.ซม. หรือ 1,000 W ต่อ ตร.เมตร ซึ่งมีค่าเท่ากับ AM 1.5 (Air Mass 1.5) และถ้าแสงอาทิตย์ทำมุม 60 องศากับพื้นโลกความเข้มของแสง จะมีค่าเท่ากับประมาณ 75 mW ต่อ ตร.ซม. หรือ 750 W ต่อ ตร.เมตร ซึ่งมีค่าเท่ากับ AM2 กรณีของแผงเซลล์แสงอาทิตย์นั้นจะใช้ค่า AM 1.5 เป็นมาตรฐานในการวัดประสิทธิภาพของแผง

2. อุณหภูมิ

กระแสไฟ (Current) จะไม่แปรตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป ในขณะที่แรงดันไฟฟ้า (โวลท์) จะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งโดยเฉลี่ยแล้วทุกๆ 1 องศาที่เพิ่มขึ้น จะทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง 0.5% และในกรณีของแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐานที่ใช้กำหนดประสิทธิภาพของแผงแสง อาทิตย์คือ ณ อุณหภูมิ 25 องศา C เช่น กำหนดไว้ว่าแผงแสงอาทิตย์มีแรงดันไฟฟ้าที่วงจรเปิด (Open Circuit Voltage หรือ V oc) ที่ 21 V ณ อุณหภูมิ 25 องศา C ก็จะหมายความว่า แรงดันไฟฟ้าที่จะได้จากแผงแสงอาทิตย์ เมื่อยังไม่ได้ต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า ณ อุณหภูมิ 25 องศา C จะเท่ากับ 21 V ถ้าอุณหภูมิสูงกว่า 25 องศา C เช่น อุณหภูมิ 30 องศา C จะทำให้แรงดันไฟฟ้าของแผงแสงอาทิตย์ลดลง 2.5% (0.5% x 5 องศา C) นั่นคือ แรงดันของแผงแสงอาทิตย์ที่ V oc จะลดลง 0.525 V (21 V x 2.5%) เหลือเพียง 20.475 V (21V – 0.525V) สรุปได้ว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าก็จะลดลง ซึ่งมีผลทำให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดของแผงแสงอาทิตย์ลดลงด้วย   จากข้อกำหนดดังกล่าวข้างต้น ก่อนที่ผู้ใช้จะเลือกใช้แผงแสงอาทิตย์ จะต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของแผงที่ระบุไว้ในแผงแต่ละชนิดด้วยว่า ใช้มาตรฐานอะไร หรือมาตรฐานที่ใช้วัดแตกต่างกันหรือไม่ เช่นแผงชนิดหนึ่งระบุว่า ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดได้ 80 วัตต์ ที่ความเข้มแสง 1,200 W ต่อ ตร.เมตร ณ อุณหภูมิ 20 องศา C ขณะที่อีกชนิดหนึ่งระบุว่า ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดได้ 75 วัตต์ ที่ความเข้มแสง 1,000 W ต่อ ตร.เมตร และอุณหภูมิมาตรฐาน 25 องศา C แล้ว จะพบว่าแผงที่ระบุว่าให้กำลังไฟฟ้า 80 W จะให้กำลังไฟฟ้าต่ำกว่า จากสาเหตุดังกล่าว ผู้ที่จะใช้แผงจึงต้องคำนึงถึงข้อกำหนดเหล่านี้ในการเลือกใช้แผงแต่ละชนิด ด้วย

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสารอินทรีย์

เซลล์ แสงอาทิตย์ชนิดสารอินทรีย์ (OPV) หรือบางครั้งเรียกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบพอลิเมอร์ (polymer solar cell) หรือ เซลล์แสงอาทิตย์แบบพลาสติก (plastic solar cell) เป็นอุปกรณ์สำหรับการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์มาเป็นกระแสไฟฟ้าชนิดใหม่ที่ ใช้วัสดุกึ่งตัวนำแบบสารอินทรีย์มาเป็นส่วนประกอบในการดูดกลืนแสงและส่งผ่าน ประจุ ถึงแม้ในปัจจุบัน OPV จะสามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์มาเป็นพลังงานไฟฟ้าได้เพียงประมาณ 3 – 8% แต่เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้มีจุดเด่นกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอนินทรีย์ที่ใช้ ทั่วไปในเรื่องราคาถูก การผลิตที่ง่าย สามารถผลิตลงบนพื้นผิวที่ไม่ใช่กระจกได้ และสามารถใช้ในงานที่มีความโค้งงอได้ จึงเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่กำลังเป็นที่สนใจและได้รับการพัฒนาเป็นอย่างมาก

ส่วนประกอบของ OPV

OPV จะใช้สารกึ่งตัวนำที่เป็นสารอินทรีย์เป็นส่วนประกอบในการดูดกลืนแสงและส่ง ผ่านประจุแทนสารกึ่งตัวนำอนินทรีย์ที่ใช้โดยทั่วไปในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด อื่น ส่วนประกอบที่สำคัญของ OPV คือ ขั้วไฟฟ้า ชั้นวัสดุให้อิเล็กตรอน (electron donor) ชั้นวัสดุรับอิเล็กตรอน (electron acceptor) และชั้นเพิ่มเติมอื่นๆ

1. ขั้วไฟฟ้าใน OPV มี 2 ขั้ว ขั้วไฟฟ้าแรกเป็นขั้วไฟฟ้าโปร่งแสง เป็นส่วนประกอบไว้ให้แสงผ่านและทำหน้าที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอนกลับเข้ามายัง เซลล์ ซึ่งนิยมใช้ indium tin oxide (ITO) ที่เคลือบอยู่บนกระจกเป็นขั้วไฟฟ้านี้ ส่วนขั้วไฟฟ้าอีกขั้วทำหน้าที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอนออกจากเซลล์ ซึ่งนิยมใช้ชั้นโลหะบางๆ เช่นอะลูมิเนียม เป็นขั้วไฟฟ้านี้

2. ชั้นวัสดุให้อิเล็กตรอน คือชั้นสารกึ่งตัวนำที่สามารถดูดกลืนแสงอาทิตย์และมีสมบัติส่งผ่านประจุบวก หรือเรียกว่าโฮล (hole) ได้ดี สามารถใช้สารได้ 2 ประเภท ประเภทแรกคือสารอินทรีย์โมเลกุลเล็กที่มีสี เช่น อนุพันธ์ของพทาโลไซยาไนน์ (phthalocyanine) หรืออนุพันธ์ของพอฟีรีน (porphyrin) เป็นต้น อีกประเภทที่เป็นที่นิยมมากในปัจจุบันคือกลุ่มพอลิเมอร์นำไฟฟ้า เช่น อนุพันธ์ของพอลิไทโอฟีน (polythiophene) หรืออนุพันธ์ของพอลิพาราฟินิลีนไวนิลีน (poly(p-phenylene vinylene)) เป็นต้น ซึ่งเป็นที่มาของชื่ออื่นของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ ที่มีผู้เรียกว่า “เซลล์แสงอาทิตย์แบบพอลิเมอร์” หรือ “เซลล์แสงอาทิตย์แบบพลาสติก” นั่นเอง โดยตัวอย่างสารที่เป็นที่นิยมมากในปัจจุบันคือสารอนุพันธ์ของพอลิไทโอฟีนที่ ชื่อ poly(3-hexylthiophene) (P3HT)

3. ชั้นวัสดุรับอิเล็กตรอน คือชั้นสารกึ่งตัวนำที่มีสมบัติส่งผ่านอิเล็กตรอนได้ดี เช่นบอลนาโนของฟูลเลอรีน (fullerene) แกรไฟต์ และท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) เป็นต้น โดยตัวอย่างสารที่เป็นที่นิยมมากในปัจจุบันคืออนุพันธ์ของฟูลเลอรีนที่ชื่อ phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM)

โครงสร้างของตัวอย่างวัสดุให้อิเล็กตรอน (P3HT) และวัสดุรับอิเล็กตรอน (PCBM)

4. ชั้นเพิ่มเติมอื่นๆ คือชั้นที่อาจเสริมเข้ามาในเซลล์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เช่นชั้นป้องกันโฮลไหลมาผิดขั้ว (hole blocking layer) และชั้นรวบรวมโฮล (hole collecting layer) เป็นต้น

OPV ในการพัฒนาระยะแรกๆ นั้นจะมีชั้นสารกึ่งตัวนำอินทรีย์ระหว่างขั้วไฟฟ้าแค่ชั้นเดียว (single layer OPV) ต่อมาก็มีการพัฒนาโดยมีการใช้สารกึ่งตัวนำอินทรีย์เป็นวัสดุให้และรับ อิเล็กตรอนที่ต่อกันเป็นชั้น (bi-layer OPV) แต่พบว่าการนำวัสดุให้และรับอิเล็กตรอนมาต่อกันเป็นชั้นแบบนั้นไม่สามารถทำ ให้เซลล์มีประสิทธิภาพที่ดีได้ เพราะพื้นที่สัมผัสระหว่างวัสดุให้และรับอิเล็กตรอนมีน้อย จึงมีการพัฒนาโครงสร้างรอยต่อแบบรวม (bulk-heterojunction OPV) ที่วัสดุให้และรับอิเล็กตรอนมีการผสมกันทั่วถึงทั้งชั้นสารกึ่งตัวนำ อินทรีย์ดังรูป ทำให้เพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างวัสดุให้และรับอิเล็กตรอนและเซลล์มี ประสิทธิภาพสูงขึ้นอย่างมาก

ส่วนประกอบและการทำงานของ OPV ที่มีโครงสร้างแบบ bulk-heterojunction

หลักการทำงานของ OPV

หลัก การทำงานของ OPV มี 6 ขั้นตอนหลัก คือ 1) วัสดุให้อิเล็กตรอนดูดกลืนแสงอาทิตย์หรือเรียกว่าโฟตอนแล้วเกิดอนุภาคเอ็กซิ ตอน (คู่ประจุของอิเล็กตรอนและโฮลที่อยู่และเคลื่อนที่ด้วยกัน) ขึ้น 2) เอ็กซิตอนแพร่ไปในชั้นวัสดุให้อิเล็กตรอน 3) เอ็กซิตอนไปถึงพื้นที่สัมผัสระหว่างวัสดุให้และรับอิเล็กตรอน 4) เกิดการแยกของเอ็กซิตอนกลายเป็นคู่อิเล็กตรอนและโฮล 5) ประจุเคลื่อนไปยังขั้วไฟฟ้าตรงข้ามกันกล่าวคืออิเล็กตรอนเคลื่อนไปทางวัสดุ รับอิเล็กตรอน ส่วนโฮลเคลื่อนไปทางวัสดุรับอิเล็กตรอน 6) ประจุวิ่งจนครบวงจร

การวิจัยและพัฒนา OPV

แนว ทางวิจัยและพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ความทนทาน และอายุการใช้งานของ OPV มีหลายด้าน เช่น การพัฒนาขั้วไฟฟ้าที่ผลิตง่าย โค้งงอได้ และราคาไม่แพง การสังเคราะห์วัสดุให้อิเล็กตรอนที่ดูดกลืนแสงอาทิตย์ได้มากขึ้น ในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างขึ้น และส่งผ่านโฮลได้ดีขึ้น การสังเคราะห์วัสดุรับอิเล็กตรอนที่นำอิเล็กตรอนได้ดี การหาคู่วัสดุให้และรับอิเล็กตรอนที่มีแถบพลังงานเหมาะสมเพื่อเพิ่มแรงดัน ไฟฟ้ารวมของเซลล์ การสังเคราะห์วัสดุอินทรีย์และเลือกใช้ขั้วไฟฟ้าโลหะที่ไม่เสื่อมสภาพได้ ง่ายภายใต้สภาวะการใช้งานปกติเพื่อยืดอายุการใช้งานเซลล์ และการขึ้นรูป OPV ที่ง่าย ในปริมาณมาก และการขึ้นรูปบนวัสดุโค้งงอ เป็นต้น

นอก จาก OPV ปกติแล้ว ยังมีการวิจัยจำนวนมากที่มักใช้วัสดุนาโนที่เป็นสารกึ่งตัวนำอนินทรีย์ที่ เติบโตใน 1 มิติมาเป็นส่วนประกอบหนึ่งในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ ซึ่งจะทำให้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ผ่านวัสดุนาโนได้ดีและง่ายขึ้น ซึ่งคาดว่าจะทำให้ประสิทธิภาพของ OPV นั้นดีขึ้น โดยการใช้สารกึ่งตัวนำอนินทรีย์มาผสมแบบนี้ทำให้หลายคนเรียกเซลล์แสงอาทิตย์ ชนิดนี้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบไฮบริด (hybrid organic-inorganic solar cell) (ที่มา : http://www.kmutt.ac.th)