Perovskite-Silicon Solar Cell

Solar cell เป็นเทคโนโลยีแห่งยุคของพลังงานสะอาด เพื่อลดผลกระทบของสภาวะโลกร้อนจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และ คาร์บอนมอนออกไซด์ ซึ่งโดยส่วนหนึ่งก๊าซดังกล่าวเป็นผลิตผลจากการเผาไหม้ทั้งสิ้น หนึ่งในนั้นคือการใช้เชื้อเพลิงจากน้ำมัน หรือ ก๊าซธรรมชาติ มาผลิตไฟฟ้า ซึ่ง ณ ปัจจุบันได้มีการผลิตไฟฟ้าทางเลือกโดยใช้พลังงานสะอาด ซึ่งหนึ่งในเทคโนโลยีที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายคือ Solar cell ที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและใช้งานอย่างแพร่หลายมากขึ้น

ล่าสุดมีการคิดค้น Solar cell ชนิดผสมที่มีประสิทธิภาพที่สูงกว่าเดิมครับนอกจากใช้เพียงแค่แร่ Silicon ที่สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ มาเป็นกระแสไฟฟ้าอัตรา 15-20% และต้นทุนสูง จึงได้มีการเสาะหาวัสดุที่มีคุณลักษณะผลึกใกล้เคียงกับ Silicon ทั้งด้านปฏิกิริยาไฟฟ้าและการดูดซับแสง วัสดุชนิดนี้นำไปสู่การยกระดับศักยภาพ Solar cell ให้สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์สู่พลังงานไฟฟ้าภายในห้องปฏิบัติการในอัตรา 25.2%แอดเรียกได้ว่าพัตนากันอย่างต่อเนื่องเลยทีเดียว

ถ้าทุกท่านอ่านมาถึงตรงนี้แล้วตกใจในการพัฒนาประสิทธิภาพของ Solar cell แล้วละก็ แอดขอให้ทุกท่านเก็บความตกใจเอาไว้ก่อนครับ เพราะมีพัฒนาให้ผลิตได้สูงกว่าที่แอดกล่าวมาครับ คือ

Solar cell ผสม Perovskite-Silicon

ก่อนอื่นแอดขอกล่าวชื่นชมกับทีม วิจัยจาก Helmholtz Zentrum Berlin(HZB) กับการพัฒนา Solar cell ที่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าให้สูงถึง 32.5% ด้วยการผสมผสานวัสดุทั้งสองชนิดที่ใช้งานในการผลิตโซล่าเซลล์ปัจจุบันอย่าง Perovskite และ Silicon เข้าด้วยกัน

Perovskite เป็นแร่ธรรมชาติที่พบในยอดเขา Ural ประเทศรัสเซีย แร่ Perovskite ประกอบด้วยตะกั่วหรือดีบุกกับเฮไลด์ สามารถผสมกันสารละลายแล้วแปรรูปได้ด้วยการพิมพ์สามมิติ ซึ่งมีน้ำหนักเบา มีความยืดหยุ่นสูง มีต้นทุนที่ต่ำกว่า Silicon เท่านั้นยังไม่พอครับ ยังมีความสามารถในการดูดซับแสงย่านความถี่น้ำเงินได้ดี ในขณะที่ Silicon จะดูดซับความถี่แดงและอินฟราเรดได้ดี

เรียกได้ว่าเป็นการผสมผสานอย่างลงตัวของวัสดุ 2 ชนิดอย่างลงตัวกันเลยทีเดียวครับ รูปด้านล่างเป็นรูปที่เทียบกันระหว่าง Silicon และวัสดุผสม Perovskite-Silicon

การวัดประสิทธิภาพของ Solar cell ผสม Perovskite-Silicon สามารถวัดหลักๆได้ 3 อย่าง

1.วัด Quantum Efficiency (QE) — เพื่อหาประสิทธิภาพพลังงานที่ผลิตได้ในเงื่อนไขความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน

2.วัด IV Curve — เพื่อหาความสามารถในการผลิตกระแสและศักย์ไฟฟ้าของโซลาร์เซลล์และหาจุดที่โซลาร์เซลล์สามารถผลิตพลังงานที่มากที่สุด (Maximum Power Point)

3.Photoluminescence — เพื่อหา Carrier lifetime และ Carrier concentration ที่เป็นอีกหนึ่งตัวแปรที่มีผลกับความสามารถในการผลิตไฟฟ้าของโซลาร์เซลล์ (แต่จะยังไม่ถูกพูดถึงในบทความนี้)

ข้อจำกัดของ Perovskite-Silicon Solar Cell

ถึงแม้ว่า Perovskite-Silicon Solar Cell จะมีประสิทธิภาพสูง และมีต้นทุนที่ใช้ในการผลิตที่ต่ำ แต่ก็ยังมีเรื่องอื่นที่ต้องให้ความสำคัญ เช่น ประเด็นด้านความปลอดภัย และความทนทาน เนื่องจาก Perovskite มีการใช้สารอินทรีย์บางอย่างเป็นส่วนประกอบจึงทำให้ไม่ทนทานต่อความชื้นและออกซิเจน ซึ่งอากาศของประเทศไทยมีความชื้นค่อนข้างสูงครับ