โซลาร์เซลล์ใหม่ดูดซับพลังงานทุกแถบสเปกตรัมแสงได้ประสิทธิภาพสูงสุด

โซลาร์เซลล์ที่ใช้งานในปัจจุบันดูดซับพลังงานเพียงบางส่วนของแถบสเปกตรัมแสงอาทิตย์หรือเพียงบางช่วงความยาวคลื่นแสงเท่านั้นไม่ใช่ทั้งหมด นั่นจึงเป็นสาเหตุส่วนหนึ่งที่ทำให้มันมีประสิทธิภาพในการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ได้ไม่เกิน 20 – 30% ทีมนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยจอร์จ วอชิงตันได้พัฒนาโซลาร์เซลล์แบบใหม่ที่สามารถดูดซับแสงอาทิตย์จากเกือบทุกช่วงของแถบสเปกตรัม ทำให้มีประสิทธิภาพสูงอย่างน่าทึ่งถึง 44.5%

แผ่นโซลาร์เซลล์ใหม่นี้ไม่ได้เป็น PV (Photovoltaic) มาตรฐานทั่วไปที่มักจะทำจากซิลิคอน แต่เป็นโซลาร์เซลล์แบบรวมแสง (Concentrator Photovoltaic) หรือ CPV ที่ใช้เลนส์หรือแผ่นสะท้อนแสงเพื่อรวมแสงอาทิตย์ไปบนพื้นผิวเล็กๆซึ่งทำให้การเก็บเกี่ยวพลังงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยในงานวิจัยครั้งนี้ทีมงานตั้งเป้าให้เซลล์มีขนาดเล็กกว่า 1 ตารางมิลลิเมตร

แต่สิ่งที่ทำให้โซลาร์เซลล์ใหม่นี้มีศักยภาพในการพลิกโฉมวงการได้คือการนำเอาเซลล์มาซ้อนกันเป็นชั้นๆ แต่ละชั้นจะดูดซับแสงเฉพาะช่วงความยาวคลื่นค่าหนึ่ง และปล่อยให้แสงช่วงความยาวคลื่นอื่นผ่านไปเพื่อให้เซลล์ชั้นถัดไปดูดซับ เซลล์แต่ละชั้นทำหน้าที่คล้ายตะแกรงร่อนกักเก็บเม็ดพลังแสงอาทิตย์ที่ต่างกันด้วยขนาดความยาวคลื่น ทำให้โซลาร์เซลล์ใหม่เก็บเกี่ยวพลังงานไว้ได้เกือบครึ่งหนี่งของทั้งหมด

ราว 99% ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกมายังโลกจะมีความยาวคลื่นระหว่าง 250 – 2,500 นาโนเมตร (nm)  โซลาร์เซลล์แบบเรียงซ้อนเป็นชั้นนี้สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานในช่วงความยาวคลื่นที่ยาวกว่าได้ดีเป็นพิเศษจนถึงช่วงรังสีอินฟราเรด แม้ว่ามันจะมีพลังงานน้อยกว่าช่วงความยาวคลื่นที่สั้นกว่าแต่มันมีอยู่จำนวนมาก ความยาวคลื่นสูงสุดที่เก็บเกี่ยวพลังงานได้ในปัจจุบันอยู่ที่ 1,750 นาโนเมตร ดังนั้นทีมวิจัยจึงยังมีช่องว่างที่จะเพิ่มประสิทธิภาพได้มากขึ้นอีก

most-absorbent-solar-cell-2

ทีมวิจัยใช้วัสดุสองชนิดในการสร้างโซลาร์เซลล์จนสำเร็จ ชั้นบนๆประกอบด้วยวัสดุฐานรองแบบเดิมของ PV ซึ่งใช้สำหรับดูดซับแสงในช่วงความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ส่วนชั้นล่างๆทีมวิจัยใช้วัสดุพิเศษ gallium antimonide (GaSb) ซึ่งสามารถดูดซับพลังงานในช่วงความยาวคลื่นที่ยาวกว่า นอกจากนี้กระบวนการในการวางเซลล์ซ้อนกันยังใช้เทคนิคพิเศษที่ช่วยให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดอีกด้วย

อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีโซลาร์เซลล์ใหม่นี้ยังไม่สามารถนำมาใช้งานจริงได้ โดยอุปสรรคสำคัญในตอนนี้ก็คือต้นทุนที่สูงมาก จึงยังไม่คุ้มค่าเมื่อเทียบกับราคา แต่ต้นทุนวัสดุและการผลิตสามารถทำให้ลดลงได้ในอนาคต และเมื่อถึงตอนนั้นเราจะได้ใช้โซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าปัจจุบันเป็นเท่าตัว

 

ข้อมูลและภาพจาก   extremetech, techxplore

Leave a Reply

Your email address will not be published.