30/04/2026
รู้หรือไม่ว่าแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้งานกันในปัจจุบันไม่ได้มีประสิทธิภาพดีขนาดนั้น เพราะมันเปลี่ยนพลังงานจากดวงอาทิตย์ให้กลายเป็นไฟฟ้าได้เพียง 22-24% เท่านั้น! จึงหมายความว่าพลังงานส่วนที่เหลืออีกกว่า 75% ถูกทิ้งไปอย่างไร้ประโยชน์
โดยสาเหตุผลว่าทำไมประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์ถึงต่ำเพียงนี้มาจากทฤษฎีทางฟิสิกส์ Schockley-Queisser ที่กล่าวว่า แม้ต่อให้เราโซลาร์เซลล์จากซิลิกอนได้สมบูรณ์แค่ไหนก็ตาม ก็มีประสิทธิภาพสูงสุดได้ไม่เกิน 33.7% เท่านั้น ซึ่งขีดจำกัดนี้เองทำให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรพยายามคิดค้นและออกแบบโซลาร์เซลล์ชนิดใหม่ขึ้นมา
หนึ่งในวิธีการก้าวข้ามขีดจำกัดนี้คือการซ้อนชั้นโดยใช้วัสดุหลายชนิดที่แต่ละชั้นดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นต่างกัน เปรียบเสมือนตาข่ายหลายชั้นที่ช่วยกันดักพลังงานจากแสงช่วงความยาวคลื่นที่กว้างขึ้น แต่กุญแจสำคัญคือ เราต้องหาวัสดุที่ราคาไม่แพง ผลิตได้จริง และมีประสิทธิภาพสูงพอ ซึ่งนั่นคือการเข้ามาของโซลาร์เซลล์ชนิดเพอรอฟสไกต์ (Perovskite) ที่เพิ่งเริ่มเข้าสู่ตลาดเมื่อไม่นานมานี้
ย้อนกลับในปี 1839 มีการค้นพบ ‘แร่เพอรอฟสไกต์’ ในบริเวณเทือกเขาอูราลของรัสเซีย ที่ตั้งชื่อตามเลฟ เพอรอฟสกี (Lev Perovski) นักแร่วิทยาชาวรัสเซียชื่อดัง ซึ่งสิ่งที่ทำให้เพอรอฟสไกต์น่าสนใจในเชิงวัสดุศาสตร์คือความสามารถในการดูดซับแสงได้สูงมาก โดยใช้ความหนาเพียง 300-500 นาโนเมตรเท่านั้น ในขณะที่แร่ซิลิกอนต้องการความหนาถึง 180-300 ไมโครเมตร หรือมากกว่ากันประมาณ 500 เท่า
นอกจากนี้ สารประกอบเพอรอฟสไกต์ยังสังเคราะห์ได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 150 องศาเซลเซียส ต่างจากซิลิกอนที่ต้องใช้อุณหภูมิกว่า 1,400 องศาเซลเซียส หมายความว่ากระบวนการผลิตใช้พลังงานน้อยกว่า และเปิดโอกาสให้ผลิตได้ด้วยวิธีการที่ง่ายและถูกกว่ามาก
นับตั้งแต่ที่มีการใช้งานเพอรอฟสไกต์ในโซลาร์เซลล์ครั้งแรกในปี 2009 ด้วยประสิทธิภาพเพียง 3.8% วงการวิจัยก็เร่งพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ในปี 2012 ตัวเลขพุ่งขึ้นมาอยู่ที่ 10% ซึ่งถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญที่ทำให้นักวิจัยเริ่มหันมาสนใจวัสดุชนิดนี้ และหลังจากนั้น การพัฒนาก็ไม่ได้ชะลอลง ในปี 2015 ประสิทธิภาพแตะ 20% ในปี 2019 ทะลุ 25%
และล่าสุดในปี 2023 สถิติสูงสุดในห้องแล็บอยู่ที่ 33.9% เพดานตามทฤษฎี Schockley-Queisser ไปแล้ว เนื่องจากโซลาร์เซลล์แบบเพอรอฟสไกต์แบบใหม่นี้ อาศัยวัสดุที่หลากหลายมาซ้อนกันหลาย ๆ ชั้น ไม่ใช้แค่แผ่นเพอรอฟสไกต์เดี่ยว ๆ เพียงแผ่นเดี่ยว จึงทำให้ประสิทธิภาพสูงกว่าในตัวทฤษฎีได้ ในขณะที่โซลาร์เซลล์จากซิลิกอนต้องใช้เวลากว่า 40 ปี ในการไต่จาก 6% ขึ้นมาถึง 24% ในปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม ตัวเลขประสิทธิภาพเหล่านี้วัดจากเซลล์ขนาดเล็กในสภาวะควบคุมและยังไม่ได้แปลงเป็นผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ได้ทันที เพราะการขยายจากเซลล์เล็กไปสู่แผงขนาดเต็มมักทำให้ประสิทธิภาพลดลง และนั่งคือโจทย์สำคัญที่นักวิทยาศาสตร์กำลังแก้กันอยู่ในขณะนี้
[ “บางครั้งธรรมชาติก็น่าอัศจรรย์เสียยิ่งกว่านิยาย” #หมาหน้าตู้ Ma Nature คอลัมน์ที่พร้อมมอบเรื่องราวน่าทึ่งของจักรวาลผ่านมุมมองทางฟิสิกส์ โดย Bhuddhanubhap
Silasan ]
_________________________________________
ติดตาม The Principiaได้ในทุกช่องทางออนไลน์ หรือ
ติดต่อโฆษณาได้ที่ [email protected] หรือโทร 0647711333
