September 27, 2022

โตชิบาปูทางสู่พลังงานแสงอาทิตย์แห่งอนาคต ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์

April 01, 2022 800
ในการควบคุมสภาพอากาศผิดปกติที่เกิดจากภาวะโลกร้อน เราจำเป็นที่จะต้องลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกให้ได้
โดยหนึ่งในโซลูชันด้านพลังงานสะอาดที่มีประสิทธิภาพและสำคัญที่สุดคือพลังงานแสงอาทิตย์ และทางเลือกหนึ่งที่ทรงพลังก็คือเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ ซึ่งทั้งบาง มีน้ำหนักเบา และยืดหยุ่นโค้งงอได้ ทั้งนี้ โตชิบาได้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ชนิดฟิล์มขนาดใหญ่ที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุดในโลกได้สำเร็จ ซึ่งจะมีส่วนช่วยสร้างสังคมที่ทุกคนจะมีอนาคตที่สะอาด ปลอดภัย และยั่งยืนยิ่งขึ้น

เพิ่มศักยภาพแผงเซลล์แสงอาทิตย์ตามรูปแบบการใช้งาน

แผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายที่สุดทุกวันนี้คือประเภทที่ทำจากผลึกซิลิคอน แต่เนื่องจากเซลล์ประเภทนี้มีน้ำหนักมากและมีโครงสร้างแผงไม่ยืดหยุ่น ทำให้มีข้อจำกัดเรื่องสถานที่ติดตั้ง ส่วนใหญ่ใช้ในโรงงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ ซึ่งต้องติดตั้งในพื้นที่โล่งแจ้งหรือในเทือกเขา ทำให้มีพื้นที่น้อยแห่งที่จะสร้างโรงงานไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ใช้แผงซิลิคอนแบบที่ใช้กันอยู่ได้ แต่เนื่องจากขณะนี้เราจำเป็นต้องหันไปใช้พลังงานแสงอาทิตย์ให้เร็วขึ้นกว่าเดิม การผลิตพลังงานไฟฟ้าระดับสเกลใหญ่ในพื้นที่เมืองจึงเป็นเรื่องจำเป็นขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งกุญแจสำคัญที่จะทำให้เกิดขึ้นได้ในอนาคตก็คือการผลิตไฟฟ้าเพื่อใช้เองในท้องที่

ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ ซึ่งทำจากฟิล์มพอลิเมอร์ จึงเป็นทางเลือกรุ่นใหม่ที่น่าสนใจ เพราะมีข้อดีเหนือเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทที่ทำจากผลึกซิลิคอนแบบเดิมที่ใช้กันทั่วไปหลายประการ เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์บาง เบา และยืดหยุ่นโค้งงอได้มากกว่า จึงสามารถติดตั้งได้แม้ในพื้นที่ที่ติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนได้ยาก เช่น หลังคาที่รับน้ำหนักได้น้อยหรือหน้าต่างสำนักงาน ด้วยความที่พื้นที่ในเมืองเป็นเงินเป็นทอง เซลล์ชนิดใหม่นี้จึงนับเป็นโซลูชันพลิกวงการในด้านการผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ เนื่องจากทำให้มีสถานที่ที่ติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ได้เพิ่มขึ้นอีกมากมาย นอกจากนั้น เซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้ยังทำให้เราสามารถใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างเต็มที่โดยใช้ทรัพยากรอย่างจำกัด หากลองจินตนาการถึงย่านการเงินหรือธุรกิจในเมืองใหญ่ที่เต็มไปด้วยอาคารที่มีบานกระจกมากมาย ก็น่าจะพอเห็นว่าเทคโนโลยีนี้มีโอกาสนำไปประยุกต์ใช้งานอย่างไรได้บ้าง

นวัตกรรมปูทางสู่ความเปลี่ยนแปลงและการใช้อย่างแพร่หลาย

 แผงเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์มีศักยภาพที่จะสามารถแปลงพลังงานด้วยประสิทธิภาพเทียบเท่ากับเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนได้ ซึ่งกระบวนการเคลือบเมนิสคัสชนิดขั้นตอนเดียวใหม่ล่าสุดของโตชิบาเป็นก้าวสำคัญที่ช่วยให้เราเข้าใกล้ความจริงนั้นขึ้นอีกขั้น

 

วิธีการเคลือบสารชนิดขั้นตอนเดียวแบบใหม่นี้เพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของอุปกรณ์ขนาด 703 ตร.ซม. ได้เป็นร้อยละ 15.1 ซึ่งนับว่าสูงที่สุดในโลกในบรรดาเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ชนิดฟิล์มพอลิเมอร์ขนาดใหญ่ที่มีในปัจจุบัน*1  ที่เป็นเช่นนี้เพราะโตชิบาได้พัฒนาหมึกที่ใช้ รวมถึงใช้กระบวนการทำให้ฟิล์มแห้งและอุปกรณ์การผลิตที่ดีขึ้น ทำให้ได้ชั้นเพอรอฟสไกต์ที่พื้นผิวสม่ำเสมอกันทั่วทั้งแผ่น นอกจากประสิทธิภาพที่สูงขึ้นแล้ว วิธีการเคลือบสารแบบใหม่นี้ยังเร็วกว่าวิธีเคลือบชนิดสองขั้นตอนแบบเดิมของโตชิบาถึง 25 เท่า และเร็วกว่าเดิมถึง 50 เท่าเมื่อคิดรวมทั้งกระบวนการแล้ว เนื่องจากต้องเคลือบแค่ชั้นเดียว ทำให้มีความเร็วพอที่จะผลิตแบบครั้งละมากๆ ได้แล้ว นอกจากนั้น ยังช่วยทำให้กระบวนการผลิตมีขั้นตอนน้อยลงและช่วยลดต้นทุน ทำให้เทคโนโลยีใหม่นี้เป็นทางเลือกที่อาจนำออกสู่ตลาดในเชิงพาณิชย์ได้จริงในอนาคต

*1: ข้อมูลจากการสำรวจของโตชิบา ของอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ชนิดฟิล์มบนแผ่นฐานรองพลาสติกขนาดตั้งแต่ 100 ตร.ซม. ขึ้นไป (ข้อมูล ณ วันที่ 10 กันยายน พ.ศ. 2564)

แม้ความก้าวหน้าล่าสุดนี้จะนับเป็นก้าวสำคัญ แต่ก็ยังมีความท้าทายรออยู่ในอนาคตในระยะวิจัยและพัฒนา ก่อนที่เทคโนโลยีนี้จะพร้อมออกวางจำหน่ายเชิงพาณิชย์ ซึ่งโตชิบาวางแผนว่าจะนำออกสู่ตลาดในปีพ.ศ. 2568

การนำไปใช้งานตั้งแต่ในเมืองจนถึงชนบท

ด้วยข้อดีของเพอรอฟสไกต์ดังที่กล่าวไปข้างต้น นวัตกรรมของโตชิบานี้จึงมีส่วนช่วยปูทางไปสู่การนำเทคโนโลยีแผงเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นใหม่ไปใช้เป็นวงกว้าง เทคโนโลยีใหม่นี้มีการประมาณกันว่า หากนำไปติดตั้งบนหลังคารวมเป็นพื้นที่ 164.9 ตร. กม. (พื้นที่หลังคาของอาคารทั้งหมดในกรุงโตเกียว) จะผลิตพลังงานได้เพียงพอสำหรับบ้านเรือนจำนวน ใน ในกรุงโตเกียว ทั้งนี้ เทคโนโลยีนี้ไม่ได้นำไปใช้ได้เฉพาะในพื้นที่เมืองเท่านั้น แต่อาจนำไปใช้ประโยชน์ได้ในอุตสาหกรรมต่างๆ อย่างการผลิตและเกษตรกรรมด้วย

เนื่องจากเราควบคุมความโปร่งใสของเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ได้ด้วยการปรับความหนาของชั้นเพอรอฟสไกต์ เราจึงสามารถนำเซลล์ประเภทนี้ไปติดตั้งบนเรือนกระจกได้ ทำให้เกษตรกรสามารถปรับปริมาณแสงที่ผ่านเข้ามาให้เหมาะสมตามประเภทของพืชที่ปลูกได้ ทั้งนี้ เนื่องจากเกษตรกรรมเป็นสาเหตุโดยตรงของก๊าซเรือนกระจกร้อยละ 8.5 ในปีพ.ศ. 2562 ตามข้อมูลของคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (ไอพีซีซี) จึงเห็นได้ชัดว่าเทคโนโลยีนี้จะสามารถช่วยให้ภาคส่วนที่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกปริมาณมากอันดับต้นๆ ให้ก้าวสู่ความเป็นกลางทางคาร์บอนและช่วยส่งเสริมเศรษฐกิจหมุนเวียนได้ นอกจากนั้น เทคโนโลยีนี้ยังนำไปใช้กับอุตสาหกรรมอาคารและการก่อสร้างได้อีกด้วย ซึ่งข้อมูลจากรายงานขององค์การพลังงานระหว่างประเทศ (ไออีเอ) ระบุว่าเป็นอุตสาหกรรมที่ “ใช้พลังงานขั้นสุดท้ายกว่า ใน ของทั้งโลกและเป็นสาเหตุของการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั้งทางตรงและทางอ้อมเกือบร้อยละ 40 จากปริมาณทั้งหมด”

ขณะที่สังคมพยายามแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมในปัจจุบันที่มีมากมายและหลากหลาย เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและการลดลงของทรัพยากรพลังงาน พลังงานแสงอาทิตย์จึงมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง เคียงคู่พลังงานหมุนเวียนอื่นๆ ในการสร้างอนาคตที่ยั่งยืน

X

Right Click

No right click