โซล่าเซลล์ผสมรุ่นใหม่ เพิ่มอัตราการผลิตพลังงานก้าวกระโดด
โซล่าเซลล์ หนึ่งในเทคโนโลยีที่ได้รับการพัฒนามายาวนาน จากข้อจำกัดด้านอัตราการผลิตพลังงานในอดีตสู่พลังงานสีเขียวแห่งอนาคตเพื่อความยั่งยืน ล่าสุดโซล่าเซลล์ผสมจะขยายความเป็นไปได้นี้ เพื่อเข้าใกล้ยุคสมัยแห่งพลังงานสะอาดไปอีกขั้น
ท่ามกลางโลกที่ผลักดันการพัฒนาพลังงานสะอาด หนึ่งในแนวทางที่ได้รับการพูดถึงมากที่สุดย่อมหนีไม่พ้น โซล่าเซลล์ หรือ พลังงานแสงอาทิตย์ ถือเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญสู่ Net zero นี่จึงถือเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการผลักดันจากทั่วโลกเพื่อมุ่งสู่การใช้พลังงานสีเขียวสมบูรณ์แบบ
ล่าสุดความฝันดังกล่าวใกล้เข้ามาอีกขั้นเมื่อมีการคิดค้นโซล่าเซลล์ผสมที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเดิม
ข้อจำกัดของโซล่าเซลล์ในปัจจุบัน
อย่างที่ทราบกันว่าการพัฒนาโซล่าเซลล์ไม่ได้เพิ่งเกิดขึ้น นับแต่มีการคิดค้นเทคโนโลยีนี้ก็ได้รับความสนใจโดยตลอด เกิดกรรมวิธีและวัตถุดิบชนิดต่างๆ เพื่อยกระดับศักยภาพในการผลิตพลังงาน หวังให้แนวทางการผลิตพลังงานรูปแบบนี้เป็นแกนหลักในการหล่อเลี้ยงประเทศและสังคมมนุษย์ต่อไป
โลหะที่ได้รับความนิยมในการใช้งานสูงสุดหนีไม่พ้น Silicon ถือเป็นโลหะหลักในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบัน ด้วยคุณสมบัติด้านดูดซับแสงทำให้เกิดการถ่ายทอดพลังงานให้กลายเป็นกระแสไฟฟ้า โดยมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าในอัตราราว 15 – 20%
แม้มีข้อดีหลายด้านแต่ silicon ขนาดใหญ่มีกรรมวิธีการผลิตซับซ้อน อีกทั้งการใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมหลายภาคส่วน ส่งผลให้การผลิตแผงโซล่าเซลล์ขนาดใหญ่มีต้นทุนสูง นั่นทำให้นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากมองหาวัสดุใหม่เพื่อใช้ในการผลิตโซล่าเซลล์ นำไปสู่การผลิตโซล่าเซลล์จาก Perovskite ขึ้นทดแทน
Perovskite เป็นโครงสร้างผลึกรูปแบบเดียวกับแร่แคลเซียมไทเทเนียมออกไซด์ ถูกสังเคราะห์ขึ้นให้มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับ silicon ทั้งในด้านปฏิกิริยาไฟฟ้าและการดูดซับแสง วัสดุชนิดนี้นำไปสู่การยกระดับศักยภาพโซล่าเซลล์ให้สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์สู่พลังงานไฟฟ้าภายในห้องปฏิบัติการในอัตรา 25.2%
ด้วยเหตุนี้เองโซล่าเซลล์รุ่นใหม่บางส่วนจึงเริ่มใช้งาน Perovskite มาทดแทน ด้วยการออกแบบโซล่าเซลล์ให้บางลงลดต้นทุนการผลิต ช่วยให้โซล่าเซลล์ได้รับความนิยมแพร่หลายมากขึ้น และหากได้รับการพัฒนาต่อไปไม่แน่ว่านี่อาจเป็นตัวเลือกใหม่ทดแทนการใช้ silicon ในการผลิตโซล่าเซลล์โดยสิ้นเชิง
แต่อาจไม่เป็นแบบนั้นเสมอไปเมื่อมีการพัฒนาโซล่าเซลล์ผสมซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโซล่าเซลล์ให้สูงขึ้นไปอีก
โซล่าเซลล์ผสม Perovskite-Silicon สู่ขีดจำกัดใหม่ของโซล่าเซลล์
ผลงานนี้เป็นของทีมวิจัยจาก Helmholtz Zentrum Berlin(HZB) กับการพัฒนาโซล่าเซลล์รุ่นใหม่ที่ทำลายสถิติอัตราการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าให้สูงถึง 32.5% ด้วยการผสมผสานวัสดุทั้งสองชนิดที่ใช้งานในการผลิตโซล่าเซลล์ปัจจุบันอย่าง Perovskite และ Silicon เข้าด้วยกัน
แนวคิดนี้เกิดขึ้นจากการใช้งาน Silicon ที่ได้รับการพัฒนาต่อเนื่อง แต่ปัจจุบันศักยภาพในการแปลงพลังงานก็ใกล้ถึงขีดจำกัดของวัสดุ และแม้จะมีการพัฒนา Perovskite ขึ้นมาทดแทนแต่ประสิทธิภาพก็ยังไม่เพียงพอ โดยเฉพาะเมื่อคำนึงถึงการผลักดันให้โซล่าเซลล์สู่การผลิตพลังงานหลักของประเทศนับจากนี้
ด้วยเหตุนี้ทางทีมวิจัยจึงเริ่มนำเอาข้อดีของทั้งสองวัสดุมาใช้งานร่วมกัน โดยแผ่น Perovskite ถูกนำมาวางไว้ด้านบน ส่วน Silicon ถูกนำไปวางไว้ด้านล่างโดยแยกเป็นชั้นออกจากกัน จากนั้นจึงออกแบบเซลล์ไฟฟ้าและรูปแบบการทำงานให้วัสดุทั้งสองชนิดทำงานร่วมกัน
ส่วนนี้เกิดขึ้นได้จากคุณสมบัติในการดูดกลืนแสงจากวัสดุทั้งสองชนิดที่จุดเด่นแตกต่างกัน Perovskite มีคุณสมบัติในการดูดซับแสงในย่านความถี่สีน้ำเงินได้ดีเป็นพิเศษ ส่วน Silicon จะโดดเด่นในด้านการดูดซับคลื่นแสงสีแดงและแสงอินฟราเรดมากกว่า ทำให้การรวมจุดเด่นนี้เข้าด้วยกันช่วยเพิ่มขีดความสามารถของโซล่าเซลล์ได้มาก
ผลการทดสอบโซล่าเซลล์ผสมจาก Perovskite และ Silicon ทำลายสถิติอัตรากาแปลงพลังงานที่เคยมี โดยสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้มากถึง 32.5% ถือเป็นค่าสถิติที่น่าประทับใจและยังคงได้รับการพัฒนาให้เพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ เพื่อรองรับการพัฒนาอย่างยั่งยืนต่อไป
ดังที่เราทราบกันว่าโซล่าเซลล์ถือเป็นหัวใจสำคัญด้านพลังงานนับจากนี้ ที่ผ่านมาบทบาทโซล่าเซลล์อาจไม่มากจากประสิทธิภาพการผลิตพลังงานไม่เพียงพอ แต่เมื่ออัตราการผลิตพลังงานและเทคโนโลยีพลังงานไฟฟ้าได้รับการพัฒนามากขึ้น ในอนาคตโซล่าเซลล์อาจแพร่หลายและทดแทนน้ำมันเชื้อเพลิงในสักวัน
ที่มา
https://www.blpower.co.th/blog/how-many-different-types-of-solar-cells-are-there.html
https://newatlas.com/energy/perovskite-silicon-tandem-solar-cell-efficiency-record-32-5-percent/
https://www.ay-sci.go.th/aynew/20190630-1/