ฟิล์มบาง-โค้งงอ-สีสันสวยงาม โฉมหน้าเซลล์แสงอาทิตย์แห่งอนาคต

เซลล์แสงอาทิตย์ที่เรารู้จักกันดีเห็นอยู่ตามหลังคาบ้านหรือติดตั้งเป็นฟาร์มขนาดใหญ่ เพื่อแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า มีลักษณะเป็นแผงสี่เหลี่ยมทำจากกระจกขนาดใหญ่ มีลักษณะแข็ง น้ำหนักมาก ทำจากวัสดุซิลิกอนสีดำ แต่เซลล์แสงอาทิตย์ในยุคอนาคตจะไม่เหมือนเดิม จะมีลักษณะโค้งงอได้ เป็นฟิล์มบาง มีหลากหลายสี และแสงส่องผ่านได้ มีรูปร่างต่างๆ ตามที่เราตัด และที่สำคัญมีราคาถูกกว่า

เรากำลังจะกล่าวถึงเซลล์แสงอาทิตย์แห่งอนาคตที่เรียกว่า เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ (Perovskite solar cell) ประกอบไปด้วยสารที่มีโครงสร้างเพอรอฟสไกต์ ABX3 เมื่อ A คือ ประจุบวก B คือโลหะ เช่น ตะกั่ว หรือดีบุก X คือ ไอออนลบของธาตุหมู่7 ซึ่งนิยมใช้สารประกอบ methylammonium lead halides เป็นตัวดูดซับแสง และประกอบด้วยชั้นต่างๆ

ปัจจุบันเซลล์แสงอาทิตย์นี้ได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก เนื่องจากมีลักษณะที่โดดเด่นในด้านดูดซับแสงได้ช่วงกว้าง สมบัติด้านไฟฟ้าโดยเฉพาะค่าแถบพลังงานที่สามารถปรับแต่งได้ด้วยการปรับโครงสร้างทางเคมีของเพอร์รอฟสไกต์ อีกทั้งคู่อิเล็กตรอน-โฮล ที่เกิดขึ้นยังมี diffusion length ที่สูงถึง 1 ไมโครเมตร ทำให้เกิดการรวมตัวกัน (Recombination) ได้ยาก ทำให้สามารถเตรียมชั้นฟิล์มได้หนาและดูดซับแสงได้มากกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอื่นๆ

จึงมีผลทำให้ค่าประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์นี้สูงมากและเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วภายในระยะเวลาไม่ถึง 10 ปี โดยจะเห็นได้จากรายงานของ National Renewable Energy Laboratory (NREL) สหรัฐอเมริกา ที่รายงานว่าประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอร์รอฟสไกต์สูงถึง 22.1% เทียบเท่ากับเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากวัสดุซิลิกอนที่เราใช้อยู่ในปัจจุบัน

นอกจากนี้ยังมีการสังเคราะห์ที่ไม่ยุ่งยากและกระบวนการผลิตมีราคาไม่แพงจึงเหมาะสมกับการผลิตในระดับอุตสาหกรรม เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์มีข้อดีหลายประการ แต่อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้มีข้อเสียหลักคือความไม่คงทนต่อความชื้นของสารเพอรอฟสไกต์ อีกทั้งบางโครงสร้างจำเป็นต้องใช้สารเคมีราคาแพง เช่น ทอง ที่ใช้เป็นขั้วแคโทด หรือ Spiro-OMeTAD ที่ทำหน้าที่เป็นชั้นส่งผ่านโฮล

ดังนั้น นอกจากนักวิจัยจะมุ่งเน้นในการพัฒนาค่าประสิทธิภาพให้สูงขึ้นแล้วยังจำเป็นต้องปรับปรุงข้อเสียดังที่ได้กล่าวมาข้างต้นอีกด้วย งานวิจัยส่วนใหญ่มุ่งเน้นในการพัฒนาประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ ซึ่งทำได้หลายวิธี เช่น การปรับปรุงวิธีการเตรียมเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งปกตินิยมใช้เทคนิคการเคลือบฟิล์มแบบหมุนเหวี่ยง หรือการเคลือบในสุญญากาศ

ปัจจุบันยังมีการนำเทคโนโลยีการพิมพ์ (Printing Technology) มาใช้เพื่อการผลิตปริมาณมากและเป็นการลดต้นทุนได้อีกด้วย ปัจจุบันจึงมีบริษัทเอกชนในต่างประเทศผลิตเซลล์แสงอาทิตย์นี้เพื่อการค้าแล้ว น่าเสียดายที่ประเทศไทยเราที่มีแสงแดดเกือบตลอดปี ยังไม่มีบริษัทผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใหม่นี้ เรายังคงใช้ไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน ที่ก่อให้เกิดมลพิษรวมทั้งฝุ่นพิษ PM 2.5 อีกด้วย ดังนั้นเราควรมาสนับสนุนเทคโนโลยีพลังงานสะอาดแบบใหม่นี้กันเถอะครับ

*บทความโดย ดร.อดิสร เตือนตรานนท์ ศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงของประเทศและการประยุกต์เชิงพาณิชย์ สวทช., เมธีวิจัยอาวุโส สกว.

**ภาพประกอบจาก www.greenomicsworld.com