มหิดลยืนหนึ่ง! ผลิต “โซล่าเซลล์เพอรอฟสไกต์”แบบหลายชั้น ควบคุมได้ ครั้งแรกของโลก

มหิดลยืนหนึ่ง! ผลิต “โซล่าเซลล์เพอรอฟสไกต์”แบบหลายชั้น ควบคุมได้ ครั้งแรกของโลก เตรียมรับรางวัลการวิจัยแห่งชาติ ในงานวันนักประดิษฐ์ 2565

ปัจจุบันการเจริญเติบโตทางเศรษฐกิจ สังคม และประชากรที่เพิ่มขึ้น ทำให้เกิดความต้องการพลังงาน จากการใช้ทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัด สภาพแวดล้อมทั่วโลกจึงเริ่มเสื่อมถอย การพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสะอาดขนาดใหญ่ ให้มีความปลอดภัย เหมาะสม และยั่งยืนสำหรับอนาคต จะสามารถช่วยแก้ปัญหาวิกฤติทางพลังงานได้

รศ.ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ นักวิจัยสาขาวิชาวัสดุศาสตร์และนวัตกรรมวัสดุ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่า ที่ผ่านมาเซลล์แสงอาทิตย์ที่นิยมนำมาใช้สำหรับพัฒนาเทคโนโลยีด้านพลังงานแสงอาทิตย์ ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์ประเภทผลึกซิลิกอน (c-Si) และประเภทฟิล์มบางจากวัสดุเชิงประกอบทองแดงอินเดียมแกลเลียมซีลีไนด์ (CIGS) ซึ่งยังคงประสบปัญหาด้านต้นทุนและปริมาณพลังงาน ทั่วโลกจึงมุ่งศึกษาการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์จากวัสดุเชิงประกอบเพอรอฟสไกต์ (perovskite) ที่มีต้นทุนการผลิตต่ำใกล้เคียงกับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทสารประกอบอินทรีย์ โดยให้ประสิทธิภาพสูง เทียบเท่ากับเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทผลึกรวมซิลิกอน หรือ วัสดุเชิงประกอบทองแดงอินเดียมแกลเลียมซิลิไนด์ และคาดว่าในอนาคต จะมีประสิทธิภาพสูงขึ้นอีก

รศ.ดร.พงศกร ชี้ให้เห็นว่า โดยปกติโซล่าเซลล์ชนิดเพอรอฟสไกต์จะมีวัสดุชนิดเพอรอฟสไกต์เพียงชั้นเดียวในการดูดกลืนแสงอาทิตย์เพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า ถ้าจะมีวัสดุเพอรอฟสไกต์หลายชั้น ต้องใช้วัสดุอื่นมาคั่นกลางเพื่อไม่ให้ชั้นด้านบนทำลายวัสดุชั้นด้านล่าง งานวิจัยชิ้นนี้ สามารถสร้างโซล่าเซลล์ชนิดเพอรอฟสไกต์แบบหลายชั้นต่อกัน และสามารถควบคุมความหนาได้ในระดับนาโนมิเตอร์ได้สำเร็จเป็นครั้งแรกของโลก ด้วยกระบวนการขึ้นรูปแบบสเปรย์ที่ควบคุมจำนวนและขนาดของอนุภาคของเหลวจากหัวสเปรย์ และความร้อนอย่างเหมาะสม ทำให้อนุภาคของเหลวก่อตัวเป็นผลึกสารกึ่งตัวนำทันทีเมื่อสัมผัสกับแผ่นรองรับ หรือชั้นเพอรอฟสไกต์ด้านล่าง เกิดเป็นเซลล์แสงอาทิตย์จากเพอรอฟสไกต์แบบสีไม่ทึบแสง หรือเรียกว่ากึ่งโปร่งแสง มีความทนทาน เหมาะสมกับสภาพอากาศของเมืองไทย เนื่องจากประสิทธิภาพจะไม่ลดลงตามอุณหภูมิที่สูงขึ้น ต่างจากเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน โดยสามารถนำไปใช้เป็นกระจกหน้าต่างที่ผลิตกระแสไฟฟ้า และต่อยอดในเชิงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ของประเทศไทยได้

วัสดุเพอรอฟสไกต์มีคุณสมบัติพิเศษเฉพาะตัว คือ มีช่องว่างแถบพลังงานตรง ที่ขอบการดูดกลืนแสงมีลักษณะแคบ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงในช่วงคลื่นแสงที่ตามองเห็นมีค่ามาก มีค่าการเคลื่อนที่ของพาหะที่สูง และระยะการแพร่ทั้งพาหะอิเล็กตรอนและพาหะโฮลมีค่ามาก มีศักยภาพในการประยุกต์ใช้งานในด้านต่าง ๆ อย่างกว้างขวาง เช่น ด้านเลเซอร์ อุปกรณ์ไดโอดเปล่งแสง และอุปกรณ์ตรวจจับแสง เป็นต้น รวมทั้งนำไปใช้สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถโค้งงอได้ โดยสารตั้งต้นที่ใช้ในการสร้างวัสดุเพอรอฟสไกต์สามารถหาได้ง่ายและมีประมาณสำรองมากพอบนพื้นโลก ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ไม่ยุ่งยาก ผ่านกระบวนการ Table-Top ซึ่งทำได้หลากหลายวิธี นับว่าเป็นเทคโนโลยีพลังงานสะอาดยุคใหม่ที่สร้างความมั่นคงและยั่งยืน ให้กับพลังงานที่สำคัญของประเทศและของโลก

ผลงานวิจัยโดย ม.มหิดล ภายใต้การสนับสนุนทุนจาก สวทช. กฟผ. และ คณะวิทยาศาสตร์ ม.มหิดล นับว่าเป็นที่ยอมรับในระดับนานาชาติ ช่วยสร้างชื่อเสียงให้นักวิจัยและประเทศไทยในวงกว้าง โดยมีผู้เข้าถึงงานวิจัยแล้วกว่า 11.9 ล้านคน อาทิ บน World Industrial Reporter และScience Daily เป็นผลงานตีพิมพ์ระดับนานาชาติ Q1 โดยสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) ได้มอบรางวัลผลงานวิจัยแห่งชาติ ระดับดีมาก ประจำปี 2565 แก่ รศ.ดร.พงศกร กาญจนบุษย์ จากผลงานวิจัยเรื่อง“กระบวนการผลิตโซล่าเซลล์ชนิดเพอรอฟสไกต์แบบหลายชั้นทีละชั้นที่ควบคุมได้เป็นครั้งแรกของโลก ที่มีประสิทธิภาพและความทนทานความชื้นสูง” โดยเตรียมรับรางวัลการวิจัยแห่งชาติ จากรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม ศ.พิเศษ ดร. เอนก เหล่าธรรมทัศน์ พร้อมจัดแสดงผลงานให้ชมในงานวันนักประดิษฐ์ ประจำปี 2565 ซึ่งจะจัดขึ้นระหว่างวันที่ 2 - 6 กุมภาพันธ์ นี้ ณ ศูนย์นิทรรศการและการประชุมไบเทคบางนา กรุงเทพฯ