ความต้องการแหล่งพลังงานที่สะอาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้นทั่วโลกเพิ่มสูงขึ้น พลังงานแสงอาทิตย์ยังคงเป็นหนึ่งในโซลูชันที่มีแนวโน้มมากที่สุด อย่างไรก็ตาม แม้เทคโนโลยีโฟโตวอลตาอิกจะก้าวหน้าขึ้น แต่วิศวกรยังคงพยายามหาจุดสมดุลระหว่างประสิทธิภาพ ความเสถียร และต้นทุน
ในบรรดาคู่แข่งหน้าใหม่ เซลล์แสงอาทิตย์แบบแทนเดมเพอรอฟสไกต์/ซิลิคอน (TSC) ได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจากศักยภาพที่เหนือกว่าเซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม การขยายขนาดเพื่อนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ยังคงเป็นความท้าทาย ขณะนี้ ทีมวิศวกรรมจากมหาวิทยาลัยโพลีเทคนิคฮ่องกง (PolyU) ได้รายงานความก้าวหน้าที่สำคัญในการแก้ไขอุปสรรคเหล่านี้
นำโดยศาสตราจารย์หลี่ กัง และศาสตราจารย์หยาง กวง จากภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ นักวิจัยกำลังดำเนินการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของสารตั้งต้น (TSC) เพอรอฟสไกต์/ซิลิคอน จากประมาณ 34% เป็นเกือบ 40%
ผลการวิจัยของพวกเขาถือเป็นต้นแบบสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพ ความเสถียร และความสามารถในการปรับขนาด ซึ่งเป็นก้าวสำคัญสู่การใช้งานอย่างแพร่หลายและสอดคล้องกับเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอนของจีน
ทีม PolyU ได้ทำการทบทวนประสิทธิภาพของ TSC อย่างละเอียด และวิเคราะห์วิธีการแปลงความสำเร็จในห้องปฏิบัติการให้เป็นความทนทานในการใช้งานจริง
“แม้ว่าอุปกรณ์ในระดับห้องปฏิบัติการจะมีความก้าวหน้าด้านประสิทธิภาพที่น่าประทับใจ แต่ก็ยังจำเป็นต้องมีความพยายามเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์เหล่านี้ รวมถึงการลดการสูญเสียประสิทธิภาพจากอุปกรณ์ขนาดเล็กไปยังโมดูลขนาดใหญ่ให้น้อยที่สุด” ศาสตราจารย์หลี่ กัง กล่าว ทีมวิจัยเน้นย้ำว่าวัสดุเพอรอฟสไกต์ยังคงอ่อนไหวต่อความชื้น ออกซิเจน แสงอัลตราไวโอเลต และความผันผวนของอุณหภูมิ ซึ่งทั้งหมดนี้ล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานเมื่อเวลาผ่านไป
การขยายขนาดอุปกรณ์เหล่านี้ให้เป็นโมดูลเต็มรูปแบบยังนำมาซึ่งความท้าทายในการผลิต เช่น การรับรองความสม่ำเสมอของวัสดุและการควบคุมข้อบกพร่อง แม้ว่าการทดสอบกลางแจ้งจะเริ่มต้นขึ้นแล้ว แต่ข้อมูลความน่าเชื่อถือในระยะยาวยังคงมีอยู่อย่างจำกัด
เพื่อแก้ไขช่องว่างเหล่านี้ นักวิจัยแนะนำให้เร่งการทดสอบเสถียรภาพตามมาตรฐานของคณะกรรมการอิเล็กโทรเทคนิคระหว่างประเทศ “ควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับการรับรองว่าความสามารถในการผลิตของวัสดุและวิธีการต่างๆ สอดคล้องกับมาตรฐานอุตสาหกรรม” ศาสตราจารย์หลี่กล่าวเสริม
การแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมและวัสดุ
แม้ว่าวัสดุเพอรอฟสไกต์จะมีราคาค่อนข้างถูก แต่การใช้ธาตุหายากและตะกั่วก็ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม
ทีมงาน PolyU เรียกร้องให้มีการพัฒนาทางเลือกที่ยั่งยืนและระบบการจัดการหรือรีไซเคิลตะกั่วที่มีประสิทธิภาพ เพื่อให้มั่นใจว่าเทคโนโลยีนี้จะสามารถใช้งานได้ในระยะยาว แนวทางของพวกเขาผสมผสานนวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์เข้ากับความรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อม โดยวางตำแหน่ง TSC เพอรอฟสไกต์/ซิลิกอนให้เป็นรากฐานสำหรับระบบพลังงานสะอาดในอนาคต โดยต้องให้ภาคอุตสาหกรรมบรรลุเกณฑ์มาตรฐานทั้งด้านประสิทธิภาพและความยั่งยืน
ขับเคลื่อนความร่วมมือเพื่อการเปิดตัวเชิงพาณิชย์
นักวิจัยยังเน้นย้ำถึงความจำเป็นของความร่วมมือระหว่างสถาบันการศึกษา อุตสาหกรรม และสถาบันวิจัย “การพัฒนา TSC เพอรอฟสไกต์/ซิลิคอนที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ต้องรับมือกับความท้าทายทางวิทยาศาสตร์ที่ยังคงหลงเหลืออยู่เหล่านี้ เพื่อให้บรรลุต้นทุนไฟฟ้าที่อยู่ในระดับต่ำ” ศาสตราจารย์หยาง กวง กล่าว
เขาเสริมว่า การบูรณาการวิทยาศาสตร์วัสดุ วิศวกรรมอุปกรณ์ และการสร้างแบบจำลองทางเศรษฐกิจ จะเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อความพร้อมเชิงพาณิชย์ ทีมงานมองเห็นว่างานวิจัยนี้จะช่วยเร่งการเปลี่ยนผ่านจากต้นแบบในห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตขนาดใหญ่ ซึ่งสอดคล้องกับเป้าหมายการปล่อยคาร์บอนสูงสุดและความเป็นกลางของประเทศ
“ด้วยการจัดหาพลังงานหมุนเวียนประสิทธิภาพสูงที่มีเสถียรภาพ เรามุ่งมั่นที่จะให้การสนับสนุนพลังงานสีเขียวและเชื่อถือได้สำหรับอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานสูง เช่น ปัญญาประดิษฐ์ ซึ่งจะช่วยให้บรรลุการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพลังงานคาร์บอนต่ำ” ศาสตราจารย์หยางกล่าว
หากประสบความสำเร็จ เป้าหมายประสิทธิภาพ 40% ของ PolyU อาจผลักดันให้เซลล์แสงอาทิตย์แบบแทนเดมเพอรอฟสไกต์/ซิลิคอนจากห้องปฏิบัติการวิจัยไปสู่หลังคาบ้านและโครงข่ายไฟฟ้าอุตสาหกรรม ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญสู่อนาคตพลังงานที่สะอาดขึ้น
ผลการศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Photonics
แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ
Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit : https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/@naichangmashare
TikTok : https://www.tiktok.com/@naichangmashare
