โซลาร์เซลล์เจเนอเรชั่นใหม่

ปฏิวัติการผลิตไฟฟ้าสะอาด

จากการค้นคว้าเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ในขณะนี้ ได้ค้นพบวัสดุที่เรียกว่าเพอรอฟสกี้ (perovskites) ซึ่งมีประสิทธิภาพที่ดีในการลดต้นทุนพลังงานแสงอาทิตย์ แต่ยังไม่คงทนพอที่จะนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนากระบวนการที่เรียบง่ายในการผลิตวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสกี้ โดยมีความทนทานและประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ทำให้เพอรอฟสกี้ เข้าใกล้การผลิตเชิงพาณิชย์มากขึ้น

โดย Michael Saliba และ Mahdi Malekshahi นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสตุ๊ตการ์ท กล่าวว่า ในขณะนี้ได้พัฒนากระบวนการใหม่ เพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยเพอร์รอฟสกี้ ซึ่งเป็นวัสดุผลึกขั้นสูงที่มีศักยภาพในการปฏิวัติเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ เซลล์ของพวกเขามีประสิทธิภาพและเสถียรมาก แต่ทั้งนี้ พวกเขาไม่มีความเข้าใจโดยละเอียดว่าทำไมกระบวนการนี้ถึงทำงานได้ดีมาก

ผู้เปลี่ยนเกมที่มีศักยภาพสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์

เพอรอฟสกี้ มีข้อได้เปรียบมากมายเหนือแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้ซิลิคอนแบบดั้งเดิม ที่ครองอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบัน ประการแรก พวกมันดูดซับแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ส่งผลให้สามารถบางลงได้ถึง 100 เท่า และพิมพ์บนพื้นผิวได้ เนื่องจากใช้วัสดุน้อยกว่าและมีอุณหภูมิต่ำกว่าในกระบวนการผลิต จึงมีราคาถูกกว่าในการผลิต ต่างจากซิลิคอนหรือแผงเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ และเพอร์รอฟสกี้ ยังทำงานได้ดีกับวัสดุเจือปน

องค์ประกอบของเพอร์รอฟสกี้ สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างง่ายดาย เพื่อให้พวกมันดูดซับส่วนต่างๆ ของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ ซึ่งเปิดโอกาสที่น่าตื่นเต้นในการติดฟิล์มเพอร์รอฟสกี้บางๆ กับแผงซิลิคอน แผง “ควบคู่” ที่ได้อาจมีประสิทธิภาพมากกว่าแผงในปัจจุบันอย่างมาก ซึ่งอาจช่วยประหยัดต้นทุนเพื่อเร่งการเปลี่ยนผ่านพลังงานสะอาด

แม้จะมีข้อดีเหล่านี้ แต่แผงโซลาร์เซลล์ของเพอร์รอฟสกี้ ยังไม่สามารถนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ อุปสรรคหลักคือการขาดความมั่นคงและความทนทาน แผงโซลาร์เซลล์จะต้องมีอายุการใช้งาน 20 ถึง 30 ปี ในทุกสภาพอากาศ เพอรอฟสกี้ดึงดูดน้ำและสลายตัวอย่างรวดเร็วในสภาวะที่มีความชื้น ทำให้จำกัดความทนทานในระยะยาว เนื่องจากมีความอ่อนไหวต่อสภาพแวดล้อม จึงเป็นการยากที่จะสร้างเซลล์เพอร์รอฟสกี้ ให้มีคุณภาพสม่ำเสมอ

“ห้องปฏิบัติการสองแห่งที่แตกต่างกันอาจใช้กระบวนการเดียวกันเพื่อสร้าง เพอร์รอฟสกี้ ที่มีคุณภาพแตกต่างกันอย่างมาก” Sutter-Fella กล่าว “สิ่งนี้ทำให้ยากสำหรับนักวิจัยที่จะสร้างการทดลองซ้ำ เปรียบเทียบผลลัพธ์ และหาคำตอบว่าเหตุใดเซลล์แสงอาทิตย์บางชนิดจึงทำงานได้ดีกว่าเซลล์อื่นๆ”

เกราะป้องกันความชื้น

วิธีหนึ่งในการปรับปรุงความทนทาน คือ การสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอร์รอฟสกี้ โดยการใช้โมเลกุลอินทรีย์ที่เรียกว่าฟีเอทิลแอมโมเนียมคลอไรด์ หรือ PEACl ไว้บนพื้นผิว นักวิจัยที่ศึกษากระบวนการสองขั้นตอนนี้พบว่า PEACl ก่อให้เกิดเกราะป้องกันบางๆ ที่มีประสิทธิภาพในการกักเก็บความชื้น

ทีมงานของ Saliba จากมหาวิทยาลัย Stuttgart ได้ปรับปรุงกระบวนการนี้โดยการบูรณาการการผลิตเซลล์ perovskite และการเคลือบ PEACl ไว้ในขั้นตอนเดียว “กระบวนการที่เรียบง่ายเช่นนี้สามารถช่วยให้นักวิจัยสร้างเซลล์ที่มีคุณภาพสม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งในระยะยาวกระบวนการนี้สามารถลดต้นทุน และสามารถผลิตผลิตเซลล์ perovskite ได้ในเชิงพาณิชย์”

ที่มา : https://newscenter.lbl.gov/2024/04/24/new-insights-lead-to-better-next-gen-solar-cells/