post

โซลาร์เซลล์โปร่งใส – ตอนนี้คุณเห็นแล้ว อีกไม่นานคุณจะไม่เห็น

 

เป็นเวลาที่น่าตื่นเต้นในด้านพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดไวแสงสีย้อมกำลังลดช่องว่างด้านประสิทธิภาพ เซลล์แสงอาทิตย์คาร์บอนได้กลายเป็นความจริง และเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสกำลังกลายเป็นสิ่งที่ใช้ได้จริง แม้จะมีการพัฒนาเหล่านี้ แต่ก็ยังมีช่องว่างที่สำคัญสำหรับเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นที่สามที่ต้องปรับปรุง เพื่อให้เข้าใจว่าการวิจัยเกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์กำลังมุ่งไปที่ใด เราต้องสำรวจที่มาที่ไปและวิธีการทำงาน บทความนี้จะนำเสนอความก้าวหน้าล่าสุดในเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสในบริบททางประวัติศาสตร์และอธิบายพื้นฐานของเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มดีนี้

ข่าวสารและความเป็นมา

นับตั้งแต่กระดาษสถานที่สำคัญของ โซล่าเซลล์ เชียงใหม่ Michael Gratzel เกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อแสงสีย้อมในปี 1991 เซลล์โปร่งใสได้กลายเป็นพื้นที่ที่น่าสนใจสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์ แนวคิดนี้รับประกันราคาถูก ติดตั้งง่าย และผลิตไฟฟ้าหน้าต่างในอนาคตอันใกล้ของเรา จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ คุณสมบัติของอุปกรณ์ดังกล่าวยังคงอ่อนแอเกินกว่าจะนำไปใช้ได้จริง สิ่งสำคัญที่สุดคือประสิทธิภาพของเซลล์โปร่งใสไม่สามารถแข่งขันกับเทคโนโลยีผลึกซึ่งยังคงเป็นราชาแห่งแสงอาทิตย์ แผงผลึกมีประสิทธิภาพเฉลี่ย 18% เกือบสองเท่าของแผ่นฟิล์มบาง ซึ่งเป็นคู่แข่งที่ใกล้เคียงที่สุด นี้อยู่ไกลเกินกว่าประสิทธิภาพ 1% ของเซลล์ที่โปร่งใสส่วนใหญ่ แม้ว่าเซลล์โปร่งใสและเทคโนโลยีรุ่นที่สามอื่นๆ จะไม่มีประสิทธิภาพหรือคงทนมากนัก แต่ก็สามารถยืดหยุ่น ติดตั้งง่าย และมีคุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ สาเหตุส่วนหนึ่งที่เซลล์เหล่านี้ล้าหลังคือเป็นสาขาวิชาที่ค่อนข้างใหม่ โชคดีที่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับเทคนิคใหม่ ๆ ที่ทำให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสเข้ามาใกล้ตลาดมากขึ้น

ในปี 2011 งานวิจัยจาก MIT โดย Bulovic ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้า และ Lunt นักวิจัยระดับปริญญาเอก ได้นำเสนอเซลล์ที่มีคุณสมบัติที่น่าประทับใจ เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ของทีมมีประสิทธิภาพ 1.7% และความโปร่งใสมากกว่า 65% แม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นผลลัพธ์ที่สำคัญที่ทำให้เกิดข่าวทั่วโลก แต่ประสิทธิภาพของเซลล์ยังค่อนข้างต่ำและยังคงมีความกังวลเรื่องความเสถียรของสารประกอบอยู่ สิ่งเหล่านี้เป็นปัญหาเรื้อรังในเซลล์สุริยะอินทรีย์ ซึ่งวัสดุมีประสิทธิภาพน้อยกว่าซิลิคอนและสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อใช้งาน อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์ใหม่ที่พัฒนาขึ้นที่ UCLA ได้ดำเนินการตามขั้นตอนที่สำคัญเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน

สิ่งพิมพ์ PV ล่าสุดของนักวิจัยของ UCLA กล่าวถึงเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดพลาสติกชนิดใหม่ ซึ่งมีประสิทธิภาพ 4% และความโปร่งใสเกือบ 70% สิ่งเหล่านี้เป็นเหตุการณ์สำคัญทั้งสอง 70% เป็นสถิติของความโปร่งใสของเซลล์แสงอาทิตย์ และแม้ว่า 4% อาจดูเหมือนไม่มาก แต่โปรดจำไว้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางมีประสิทธิภาพเฉลี่ย 10% เมื่อพิจารณาถึงการใช้งานที่ง่าย ประสิทธิภาพสูง และความโปร่งใสของเซลล์เหล่านี้ เราอาจมีจอแสดงผลและหน้าต่างโฟโตอิเล็กทริกเร็วกว่าที่เราคิด Yang Yang ศาสตราจารย์ที่เป็นผู้นำการศึกษานี้ กล่าวว่า “ผลลัพธ์เหล่านี้เปิดศักยภาพสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์โพลีเมอร์ที่โปร่งใสอย่างเห็นได้ชัด เป็นส่วนประกอบเสริมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา หน้าต่างอัจฉริยะ และเซลล์แสงอาทิตย์แบบบูรณาการในอาคาร และในการใช้งานอื่นๆ”

เทคโนโลยี

เซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสทำงานโดยใช้กลไกเดียวกันกับแผงโซลาร์เซลล์ทั่วไปในการผลิตไฟฟ้า นั่นคือ โฟโตโวลตาอิก แสงเหตุการณ์บนเซมิคอนดักเตอร์จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยการส่งเสริมอิเล็กตรอนไปยังแถบการนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนเหล่านี้จะสร้างกระแสในขณะที่เคลื่อนที่ระหว่างหน้าสัมผัสด้านหน้าและด้านหลังของเซลล์ เซลล์โปร่งใสแตกต่างจากแผงผลึกและแผ่นฟิล์มบางตรงที่พวกมันดูดซับแสงที่มองไม่เห็นเท่านั้น เช่น อินฟาเรดและอัลตราไวโอเลต ความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ส่วนใหญ่ ซึ่งอยู่ระหว่าง 400 นาโนเมตรถึง 700 นาโนเมตร ผ่านวัสดุโดยไม่มีสิ่งกีดขวาง ทำให้เราสามารถมองทะลุผ่านเซลล์ได้ นอกจากนี้ เซลล์มักจะมีความยืดหยุ่นเนื่องจากไม่ได้ทำจากซิลิคอนเวเฟอร์และมีวิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพ เช่น การกลิ้ง ซึ่งช่วยประหยัดจากขนาดได้มาก

มีการใช้การออกแบบและวัสดุต่างๆ มากมายเพื่อสร้างเซลล์สุริยะแบบโปร่งใส โดยธรรมชาติแล้ว ส่วนสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือการทำให้แน่ใจว่าจะไม่ดูดซับแสงที่มองเห็นได้ มีการใช้พลาสติก คอมโพสิต และวัสดุแปลกใหม่จำนวนมากในการทำเช่นนี้ ในกรณีของการศึกษา UCLA จะใช้โพลีเมอร์โฟโตแอกทีฟใกล้อินฟราเรด เซลล์จึงผลิตไฟฟ้าส่วนใหญ่จากแสงอินฟราเรด ซึ่งหมายความว่าค่อนข้างเชื่อถือได้ ผลิตกระแสไฟฟ้าได้บางส่วนแม้ในที่มืด น่าเสียดายที่วัสดุยังคงค่อนข้างไม่เสถียร นักวิจัยไม่ได้กังวลเกี่ยวกับเรื่องนี้มากนัก โดยกล่าวว่าการวิจัยเพิ่มเติมบางอย่างสามารถยืดอายุเซลล์ได้อย่างมาก