โซล่าร์เซลล์ชนิดใหม่ราคาถูกที่สามารถปริ้นเป็นแผ่นได้

โซล่าร์เซลล์ชนิดใหม่ ภาพโดย Kevin Soobrian

ที่ผ่านมาราคาโซล่าร์เซลล์ได้ลดลงอย่างมากแต่ราคายังคงสูงอยู่กว่าที่คนทั่วไปจะพิจารณาใช้พลังทดแทนชนิดนี้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโตรอนโตประเทศแคนนาดากำลังจะทำให้ราคาของโซล่าร์เซลล์ลดลงมาอย่างมาก โดยการทำโซล่าร์เซลล์จากแร่เพอร์รอฟสไกท์ (perovskite) ที่สามารถปริ้นออกมาเป็นแผ่นและให้ประสิทธิภาพใกล้เคียงกับโซล่าร์เซลล์โดยทั่วไปที่ 20.1 เปอร์เซ็นต์

โซล่าร์เซลล์ในปัจจุบันทำจากชิ้นบาง ๆ ของผลึกซิลิคอนซึ่งกระบวนการได้มาต้องใช้พลังงานสูงมากในการผลิต เพื่อที่จะได้ผลึกซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์ในขบวนการผลิตจะต้องใช้อุณหภูมิมากกว่า 1,000 องศาเซลเซียสและนอกจากนั้นยังต้องใช้สารละลายที่เป็มลพิษจำนวนมาก ๆ

ในทางกลับกันโซล่าร์เซลล์ที่จะทำจากแร่เพอร์รอฟสไกท์จะต้องการเพียงชั้นบ่าง ๆ ของผลึกซิลิคอนที่บางกว่าผมของเราถึงพันเท่า ทำให้ราคาในการผลิตถูกกว่ามาก และแร่เพอร์รอฟสไกท์สามารถผสมกับของเหลวทำให้เป็นหมึกซึ่งใช้ปริ้นบนแผ่นกระจกพลาสติกหรือวัสดุอื่น ๆ ได้

ถึงแม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะรู้จักแร่เพอร์รอฟสไกท์มานาน แต่ก่อนหน้านี้ที่ทำให้แร่เพอร์รอฟสไกท์ไม่สามารถนำมาใช้ในการผลิตแผ่นโซล่าร์ก็เพราะว่าแผ่นโซล่าร์ยังต้องการผลึกซิลิคอนเพื่อให้อิเล็กตรอนไหล่ออกมาจากผลึกซิลิคอนไปใช้ในวงจรไฟฟ้า และการทำให้อิเล็กตรอนไหล่จะเกิดขึ้นในชั้นที่เรียกว่า ESL หรือ electron selective layer ความยุงยากในการผลิตชั้นอีเอสเอล (ESL) ที่มีคุณภาพเป็นสิ่งที่ทำให้แร่เพอร์รอฟสไกท์ยังไม่ได้รับความนิยม

Post-doctoral researcher Hairen Tan ภาพ Kevin Soobrian

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าในปัจจุบันวัสดุที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่นำมาทำอีเอสเอลจะอยู่ในรูปแบบของผงที่ต้องเผาด้วยอุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส ด้วยอุณหภูมิขนาดนี้เมื่อนำมาว่างบนแผ่นพลาสติกเพื่อทำเป็นแผ่นโซล่าร์มันจะทำให้ละลาย นักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้พบวิธีใหม่โดยการใช้ปฏิกิริยาทางเคมีและทำให้ชั้นอีเอสเอลที่ทำจากอนุภาคนาโนเกิดขึ้นโดยตรงบนขั้วอิเล็กโทรด (ขั้วไฟฟ้า) กระบวนการนี้ยังคงต้องใช้ความร้อนแต่ความร้อนที่ต่ำกว่า 150 องศาซึ่งต่ำกว่ากระบวนการการผลิตโซล่าร์เซลล์ใด ๆ และต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมเหลวของพลาสติก

อนุภาคนาโนใหม่นี้จะถูกเคลือบด้วยชั้นของอะตอมคลอรีนเพื่อช่วยเชื่อมต่อกับชั้นของแร่เพอร์รอฟสไกท์ซึ่งอยู่บนสุด การเชื่อมต่อนี้จะทำให้อิเล็กตรอนไหล่อย่างมีประสิทธิภาพ การค้นพบครั้งนี้นักวิทยาศาสตร์ได้ตีพิมพ์ผลงานของพวกเขาในวารสารทางวิชาการ Science ซึ่งชี้ให้เห็นว่าแผ่นโซล่าร์ที่พวกเขาผลิตมีประสิทธิภาพที่ 20.1 เปอร์เซ็นต์

การค้นพบครั้งนี้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการการผลิตโซล่าร์เซลล์ของนักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้เป็นกระบวนการที่ดีที่สุดเท่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยทำมา นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าแผ่นโซล่าร์ที่ทำจากกระบวนการผลิตเก่าที่ใช้ความร้อนสูงกว่าจะให้ประสิทธิภาพที่ 22.1 เปอร์เซ็นต์ในขณะที่โซล่าร์เซลล์ที่ทำจากซิลิคอนที่ดีที่สุดจะให้ประสิทธิภาพที่ 26.3 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งไม่ต่างกันมากแต่ราคาที่ใช้ในการผลิตจะต่างกันอย่างมาก

นอกจากนั้นโซล่าร์เซลล์ที่ผลิตด้วยกระบวนการเก่าประสิทธิภาพจะลดลงหลังจากการใช้งานเพียงแค่ไม่กี่ชั่งโมง แต่แผ่นโซล่าร์เซลล์ที่ผลิตด้วยกระบวนการใหม่นี้รักษาประสิทธิภาพอยู่ที่ 90 เปอร์เซ็นต์หลังจากการใช้งานกว่า 500 ชั่วโมง ถ้ากระบวนการนี้สามารถนำมาใช้ในการผลิตได้ในพาณิชย์อีกไม่นานเราอาจจะเห็นแผ่นโซล่าร์เซลล์มีใช้อยู่ทั่วตั้งแต่กระจกหน้าต่างไปจนถึงกำแพงบนบ้านเรือนทั่วไป

 

อ่านเพิ่มเติมเรื่องราวเกี่ยวกับพลังงานทดแทน


 

ที่มา มหาวิทยาลัยโตรอนโตประเทศแคนนาดา

 

error: กด RightClick แทน