นักวิจัย จุฬาฯ คว้ารางวัลระดับโลก โชว์ผลงานโซลาร์เซลล์รุ่นใหม่ เพิ่มประสิทธิภาพกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้า ประยุกต์เป็นหลากหลายผลิตภัณฑ์ การันตีมาตรฐานสากล และการพัฒนาพลังงานสะอาดที่ยั่งยืนเพื่อสังคม
สิ่งที่เราเคยเห็นในภาพยนตร์ไซไฟ อาจกำลังกลายเป็นจริง วันที่เราจะกลายเป็นมนุษย์ไฟฟ้า ผลิตกระแสไฟฟ้าใช้เองได้จากเสื้อผ้าที่มีโซลาร์เซลล์ถักทอผสมอยู่ในเส้นใยผ้า หรือจากนาฬิกาข้อมือ โทรศัพท์มือถือ หรือแม้กระทั่งหมวกใบเก่ง
การพัฒนาเสถียรภาพให้กับโซลาร์เซลล์ชนิด “เพอรอฟสไกต์” (Perovskite Solar Cell)” โดย ดร.รงรอง เจียเจริญ จากสถาบันวิจัยโลหะและวัสดุ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย หนึ่งในสามนักวิจัยจากภูมิภาคอาเซียนที่เพิ่งคว้ารางวัล Green Talents Competition 2021 จากประเทศเยอรมนี เมื่อเร็ว ๆ นี้ โดยผลงานวิจัยดังกล่าว ช่วยลบข้อจำกัดของโซลาร์เซลล์ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน และเพิ่มความสามารถให้โซลาร์เซลล์แปลงเป็นผลิตภัณฑ์รูปแบบต่าง ๆ ได้หลากหลาย
แผงโซลาร์เซลล์ในปัจจุบัน มีข้อจำกัดหลายประการ อาทิ ปัญหาการผลิต แผงอุปกรณ์ขนาดใหญ่เทอะทะ และประสิทธิภาพการทำงานที่ลดลง เมื่ออยู่ในสภาพอากาศร้อนชื้น
“ส่วนมากแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาบ้าน หรือที่ปรากฏในโซลาร์ฟาร์ม เป็นโซลาร์เซลล์ประเภทซิลิกอน ซึ่งประสิทธิภาพจะลดลง 15% เมื่ออุณหภูมิบนแผงพุ่งสูงขึ้นราว 60-70 องศาเซลเซียส” ดร.รงรอง อธิบาย
นอกจากนี้ กระบวนการผลิตวัสดุในการทำแผงโซลาร์เซลล์ก็ยังมีความซับซ้อน และใช้อุณหภูมิสูง ซึ่งจะเป็นปัญหาอย่างมาก หากโลกต้องใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์มากขึ้น
“โจทย์วิจัยครั้งนี้ จึงต้องการแก้ปัญหาเรื่องวัสดุ กระบวนการผลิต และประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์ที่ต้องทำให้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้เต็มที่ แม้ในสภาพอากาศร้อนชื้นอย่างประเทศไทย”
นอกจากแผงโซลาร์เซลล์ประเภทซิลิกอนแล้ว โซลาร์เซลล์อีกชนิดที่เริ่มเป็นที่นิยม และน่าศึกษาเพิ่มเติม คือ “เพอรอฟสไกต์โซลาร์เซลล์” (Perovskite Solar Cell) เนื่องจากมีประสิทธิภาพกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้าเทียบเท่าซิลิกอน แต่ใช้วัสดุน้อยกว่า และทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิที่กว้างกว่าซิลิกอน หรือสูงถึง 65 องศาเซลเซียส
“ความพิเศษของโซลาร์เซลล์ ชนิดเพอรอฟสไกต์ นอกจากวัสดุจะบาง และยืดหยุ่นแล้ว (บางเพียง 500 นาโนเมตร) ยังผลิตได้ง่ายและรวดเร็วด้วย เนื่องจากการขึ้นรูปเพอร์โรฟสไกป์โซลาร์เซลล์ ใช้กระบวนการสารละลาย (solution process) คล้ายการพิมพ์หนังสือ ซึ่งมีข้อดีที่ทำบนพื้นผิวใดก็ได้ ไม่ว่าจะเป็นผืนผ้า บนลักษณะพื้นผิวโค้งงอ แม้แต่อุปกรณ์ชิ้นเล็ก ๆ ตรงนี้เองทำให้เราสามารถประยุกต์ใช้งานโซลาร์เซลล์ชนิดนี้ได้หลากหลายรูปแบบ เช่น นาฬิกาข้อมือ เส้นใยผ้า หมวก”
ถึงแม้จะมีข้อดีอยู่มาก แต่โซลาร์เซลล์พันธุ์ใหม่ก็ยังมีข้อจำกัด เช่น “ความเสถียร” สภาพอากาศที่ชื้น และแสงอัลตราไวโอเลต (UV) อาจทำให้วัสดุหรือรอยต่อระหว่างชั้นโซลาร์เซลล์เปลี่ยนสภาพ หากใช้งานเป็นเวลานาน ซึ่ง ดร.รงรอง ได้พยายามแก้โจทย์ดังกล่าว โดยตั้งแต่ปี 2558 ได้ทำงานร่วมกับ สถาบันการศึกษาชั้นนำทั้งในและต่างประเทศ ศึกษาตั้งแต่การออกแบบ การจัดเรียงชั้นวัสดุ พัฒนาชั้นวัสดุ ศึกษาเสถียรภาพของเพอร์โรฟสไกป์โซลาร์เซลล์ โดยนำไปใช้งานจริงในสภาพที่มีแสงอัลตราไวโอเลต ความชื้น และความต่างศักย์ เพื่อพิจารณาการคงประสิทธิภาพเทียบเท่าสภาวะปกติหรือไม่ ซึ่งผลจากงานวิจัยชิ้นนี้นำไปสู่การออกแบบตัวอุปกรณ์ การเลือกใช้วัสดุที่ได้รับการพัฒนาในลักษณะการห่อหุ้ม (encapsulation) ที่จะทำให้เสถียรภาพของเพอร์โรฟสไกป์โซลาร์เซลล์ ผ่านมาตรฐานอุตสาหกรรม IEC 61215 (มาตรฐานที่ใช้อ้างอิงคุณภาพของแผงโซลาร์เซลล์ครั้งแรกในโลก)
“ในการทดสอบมาตรฐาน เราทดสอบด้วยการเร่งเวลา (accelerate test) คือ การจำลองสภาพต่าง ๆ ที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในช่วง 25 ปี แต่ใช้เวลาไม่ถึง ก็สังเกตเห็นปัญหา ขณะที่ใช้ตัวห่อหุ้มอุปกรณ์และวัสดุในงานวิจัยครั้งนี้ ทำให้ผ่านมาตรฐานมาได้”
ดร.รงรอง กล่าวด้วยความภูมิใจว่า การได้รับรางวัล Green Talents Competition 2021 จากประเทศเยอรมนี เป็นเครื่องยืนยันมาตรฐานและประสิทธิภาพของผลงาน ที่บรรลุเป้าหมายความยั่งยืนของการพัฒนา (Sustainability Development Goals)
ปัจจุบัน ประเทศเนเธอร์แลนด์และอีกหลายประเทศ ได้นำเอาโซลาร์เซลล์พันธุ์ใหม่ไปประยุกต์ใช้จริงกับโครงสร้างโซลาร์เซลล์หลากหลายรูปแบบแล้ว สำหรับอนาคตพลังงานสะอาดในประเทศไทย ดร.รงรอง กล่าวว่า ยังต้องเดินหน้าวิจัยเพิ่มเติมเรื่องเสถียรภาพของโซลาร์เซลล์พันธุ์ใหม่ เพื่อให้เหมาะกับสภาพอากาศที่ร้อนชื้น แต่มั่นใจว่าในอนาคตจะได้เห็นผลิตภัณฑ์โซลาร์เซลล์รูปแบบต่าง ๆ ที่ผลิตในประเทศแน่นอน
