อนาคตที่สดใสของพลาสติกเซลล์แสงอาทิตย์

ในช่วงระยะเวลา 10 ปีที่ผ่านมา แนวโน้มของตลาดโลก ด้านพลังงานแสงอาทิตย์ได้เติบโตมากขึ้นกว่าร้อยละ 30 ต่อปี แต่ดูเหมือนว่าความพยายามที่จะขยายขนาดของตลาดเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar cell) ให้เท่าเทียมกับพลังงานถ่านหินหรือพลังงาน นิวเคลียร์ยังคงเป็นไปได้ยาก เนื่องจากติดปัญหาด้านการลงทุน ถึงแม้ว่า ปัจจุบันราคาของเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ที่ทำมาจาก ซิลิกอน (Silicon) ซึ่งเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีคุณภาพสูง เนื่องจากสามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ร้อยละ 15 - 20 นั้น จะมีราคาลดลงอย่างต่อเนื่อง แต่ปัญหาที่กลุ่ม นักอุตสาหกรรมยังคงกังวล คือ ต้นทุนในการติดตั้ง เพราะ จำเป็นต้องใช้สถานที่สำหรับการผลิตที่สะอาด (Clean-room technology) และในส่วนของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีรูปแบบเป็น Thin Film ซึ่งมีส่วนประกอบของ Copper Indium Gallium หรือ Selenium นั้น มีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าประมาณร้อยละ 15 และถึงแม้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์ดังกล่าว จะมีราคาถูก แต่ Indium กลับมีอายุในการใช้งานสั้น

ในช่วงระยะเวลา 2 ปีที่ผ่านมา นักวิจัยพยายามที่จะ พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างจากเดิม และพยายามปรับปรุงให้มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงาน แสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้สูงสุดถึงร้อยละ 15 ทำให้เกิด การคิดค้นและพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีสารอินทรีย์เป็นส่วน ประกอบหลัก (Organic solar cell) ซึ่งในปัจจุบันยังเป็น เทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพด้อยกว่าเทคโนโลยีอื่นๆ แต่จากผล การวิจัยล่าสุดของ Dr. Wei You นักวิจัยทางเคมีจาก University of North Carolina ได้นำโพลิเมอร์ (Polymer) 2 ชนิดมาประดิษฐ์ เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของตัวดูดแสง (Light absorber) และได้ พบว่า โพลิเมอร์ดังกล่าวซึ่งมีความสามารถในการดูดซับแสง ได้น้อยกว่าโพลิเมอร์ชนิดอื่นๆ แต่กลับมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานจากแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า และใน 1 ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้ประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์จากโพลิเมอร์ที่สามารถดูดซับแสงทั้งหมด ในช่วง Visible light ให้กลับเป็นช่วงแสงสีแดง ที่มี spectrum ที่มีพลังงานตํ่าที่สุด ให้สามารถเพิ่มปริมาณ ในการดูดซับแสงให้ได้มากที่สุดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการ เปลี่ยนพลังงานแสงไปเป็นพลังงานไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดูดซับแสงพลังงานตํ่ากลับไม่ประ- สบผลสำเร็จเท่าที่ควร เนื่องจาก มีประสิทธิภาพในการผลิต พลังงานไฟฟ้าตํ่ากว่าเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดูดซับแสงในช่วง พลังงานสูง

ดังนั้นจึงเกิดความคิดในการประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ ที่ผลิตจากสารสังเคราะห์ (Inorganic solar cell) เช่น Tandem Cell ที่แบ่งออกเป็น 2 ชั้น ชั้นที่หนึ่งจะทำหน้าที่ดูดซับโฟตรอน (Photon) ในช่วงแสงสีฟ้าและสีเขียว ซึ่งเป็นช่วงแสงที่มี พลังงานสูง ในขณะที่ชั้นที่สอง จะดูดซับแสงที่มีพลังงานตํ่าเช่น แสงสีแดง แต่แนวความคิดดังกล่าวกลับไม่ประสบความสำเร็จ เมื่อนำมาปรับใช้กับเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีสารอินทรีย์เป็นส่วน ประกอบหลัก เนื่องจากสารที่ใช้พิมพ์บนเซลล์แสงอาทิตย์ ชั้นบนจะละลาย และซึมลงไปยังชั้นที่สอง ทำให้นักวิทยาศาสตร์ ต้องคิดค้นวิธีการป้องกันการละลายดังกล่าวโดยการนำแผ่น ป้องกัน (Barrier layer) มากั้นระหว่างชั้นของแผ่นเซลล์ แต่ การเลือกใช้วัสดุที่สามารถนำมาประกอบเป็นแผ่น Barrier layer นั้นเป็นไปด้วยความยากลำบาก เนื่องจากแผ่นดังกล่าวนอกจาก ต้องมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าเพื่อเก็บกักกระแสไฟฟ้าในเซลล์แล้ว ยังต้องมีความโปร่งแสงอีกด้วย ในการประชุม American Chemical society (ASC) ที่ผ่านมา Dr. Yang Yang นักฟิสิกส์วิทยาจาก UC Los Angeles ได้รายงานผลการวิจัย ล่าสุดในช่วงต้นเดือนเมษายนที่ผ่านมา โดย Dr. Yang ได้ประดิษฐ์ Interlayer material ซึ่งเป็นวัสดุที่ผลิตจาก Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) หรือ PEDOT เพื่อเป็นส่วน ประกอบของแผ่น Barrier laye โดยวัสดุดังกล่าว

โดยวัสดุดังกล่าวมี ประสิทธิภาพในการนำไฟฟ้าได้มากกว่าวัสดุชนิดอื่นๆ ที่เคยใช้ผลิตแผ่น Barrier layer ถึง 5 เท่า ทำให้ Tandem Cell มีประสิทธิภาพในการทำงานที่ดีขึ้น
อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีสารอินทรีย์เป็นส่วนประกอบหลักนั้น ยังมีปัญหาในเรื่องของอายุการใช้งาน (Lifetime) เนื่องจากพลาสติกที่ทำมาจากสารอินทรีย์จะเสื่อมสภาพลงได้ง่าย เมื่ออยู่ภายใต้แสงอาทิตย์เป็นระยะเวลานาน ทำให้งานวิจัย ในเรื่องดังกล่าว ต้องมีการพัฒนาเรื่องการยืดอายุการใช้งาน รวมไปถึงการเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์แต่มีความเป็น ไปได้สูงว่า พลังงานแสงอาทิตย์จะสามารถทดแทนแหล่งพลังงานในปัจจุบันได้อย่างมี ประสิทธิภาพในอนาคต

ที่มาและภาพประกอบ: www.sciencemag.org, April 15, 2011