Perovskite Solar Cell

Perovskite Solar Cell

ผู้เรียบเรียง

ดวงพร อรัญญพงษ์ไพศาล

บรรณารักษ์ชำนาญการ ฝ่ายบริการ

 สำนักหอสมุด มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

พลังงานจากแสงอาทิตย์ได้ถูกนำมาใช้ทดแทนพลังงานจากน้ำมันและก๊าซธรรมชาติมากขึ้นโดยอาศัยเซลล์แสงอาทิตย์เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าโซลาร์เซลล์ ซึ่งปัจจุบันนี้นิยมใช้เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอน แต่เนื่องจากซิลิกอนยังมีข้อเสียในเรื่องกระบวนการผลิตที่ซับซ้อน ต้นทุนการสร้างโรงงานผลิตสูงและไม่สามารถโค้งงอได้ จึงได้มีการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่เรียกว่า Perovskite Solar Cell เป็นโซล่าเซลล์ที่ผลิตขึ้นจากแร่ธรรมชาติโครงสร้างเป็นผลึกที่พบในยอดเขา Ural ประเทศรัสเซีย แร่นี้ประกอบด้วยตะกั่วหรือดีบุกกับเฮไลด์ใช้เป็นชั้นดูดซับกักเก็บและเปลี่ยนพลังงานสามารถผสมกับสารละลายเพื่อแปรรูปทำเป็นโซล่าเซลล์ได้ด้วยการพิมพ์สามมิติเคลือบเป็นแผ่นลงบนวัสดุ คุณสมบัติที่โดดเด่นคือน้ำหนักเบา สามารถดัดให้โค้งงอขึ้นรูปได้ง่าย ต้นทุนทางวัสดุที่ต่ำ ดูดซับแสงได้ในระดับเดียวกับซิลิกอนและปรับแต่งคุณสมบัติต่างๆ ได้หลากหลาย

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด Perovskite ประกอบไปด้วยวัสดุฐานรองนำไฟฟ้า ชั้นส่งผ่านอิเล็กตรอน ชั้นเพอรอฟสไกต์เป็นตัวดูดซับแสงที่ดี ชั้นส่งผ่านโฮลและชั้นขั้วแคโทดซึ่งเป็นโครงสร้างที่นิยมมากที่สุด Perovskite ให้ค่าประสิทธิภาพสูงถึง 23.7% ประกอบกับการมีข้อดีในแง่การสังเคราะห์ที่ไม่ยุ่งยากและกระบวนการมีราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอน แต่ทั้งนี้ยังมีข้อจำกัดของต้นทุนด้านอุปกรณ์การใช้และการแปรรูปไฟฟ้าที่มีราคาที่ค่อนข้างสูง Perovskite ใช้สารอินทรีย์บางชนิดที่เป็นส่วนประกอบจึงทำให้ไม่ทนต่อความชื้นและออกซิเจน  ทำให้นักวิจัยยังต้องพัฒนาปรับปรุงให้เซลล์แสงอาทิตย์มีความคงทนและเหมาะจะนำไปประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงการพัฒนาให้สามารถเตรียมได้จริงในระดับอุตสาหกรรม

ประเภทของ Solar Cell

1. Mono Crystalline Silicon Solar Cell ทำจากผลึกซิลิคอนเชิงเดี่ยวที่มีคุณภาพและมีความบริสุทธิ์สูง สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้สูงกว่าแผงโซลาร์เซลล์ชนิดอื่นแม้อยู่ในภาวะแสงแดดน้อย มีราคาที่ค่อนข้างสูง อายุการใช้งานยาวนานถึง 25 ปีขึ้นไป
2. Poly Crystalline Silicon Solar Cell ทำมาจากผลึกซิลิคอน มีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าได้ดี แต่น้อยกว่าแผงแบบโมโนคริสตัลไลน์มีราคาถูกกว่า อายุการใช้งานประมาณ 20-25 ปี
3. Amorphous Solar Cell แผงโซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบาง เกิดจากการนำสารที่มีคุณสมบัติในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานไฟฟ้ามาฉาบเป็นชั้นฟิล์มบางๆ ซ้อนกันหลายๆ ชั้น มีราคาถูกที่สุด การผลิตกระแสไฟฟ้าและอายุการใช้งานมีน้อยกว่าแผงชนิดอื่น ๆ

ข้อดีข้อเสียของ Perovskite Solar Cell

1. การสังเคราะห์ปฏิกิริยาเคมีที่ไม่ยุ่งยาก
2. คุณสมบัติด้านไฟฟ้าสามารถปรับแต่งโครงสร้างทางเคมีเพิ่มเติมได้
3. การเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า สามารถทำได้อย่างรวดเร็ว
4. โครงสร้างใหม่เป็นผลึกเซลล์ CaTiO3
5. โค้งงอหรือบิดได้อิสระ ดีไซน์ใช้งานได้ตามต้องการ
6. กักเก็บแสงได้ดีกว่า
7. ราคาถูกกว่าโซล่าเซลล์ทั่วไป 30-50%

สำหรับอนาคตของ Perovskite Solar Cell กำลังจะมีบทบาทสำคัญด้านระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในครัวเรือน หมู่บ้าน ชุมชนเกษตรกร สถานที่ทำงาน โรงงานและสังคมไทย ภาพรวมตลาดโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์ในประเทศไทยคาดว่าจะเติบโตในอัตราที่เพิ่มขึ้น โดยได้รับแรงหนุนจากความต้องการพลังงานยั่งยืนที่เพิ่มขึ้น ความริเริ่มในภาคสังคมและนโยบายพลังงานภาครัฐและภาคธุรกิจเอกชนจะสามารถขับเคลื่อนการเติบโตของตลาดได้อย่างต่อเนื่อง ทำให้คาดหมายได้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์เปอร์รอฟสไกต์จะกลายเป็นอีกหนึ่งในเครื่องมือสำคัญสำหรับแหล่งพลังงานสะอาดในอนาคตของไทยได้เป็นอย่างดี

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

The Key News. (2565). Perovskite Solar Cell : PSC บนเส้นทางสู่การค้าการลงทุนเชิงพาณิชย์. สืบค้น 9 สิงหาคม 2565, จาก https://thekey.news/columnists/energykey/85578/

มิตรผลโมเดิร์นฟาร์ม. (2564). Perovskite Solar Cell เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่น่าจับตามอง. สืบค้น 9 สิงหาคม 2565, จาก http://www.mitrpholmodernfarm.com/

สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. (2563). รู้จัก "เพอรอฟสไกต์" โซลาร์แห่งอนาคต.

สืบค้น 15 สิงหาคม 2565, จาก https://www.powerofwe.world/infographic/perovskite-the-solar-of-the-future

อดิสร เตือนตรานนท์. (2563). เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์แบบฟิล์มบาง. สืบค้น 15 สิงหาคม 2565, จาก https://www.bangkokbiznews.com/tech/892527

บ้านและสวน. (2565). แผงโซลาร์เซลล์ มีกี่แบบ ควรเลือกอย่างไร?. สืบค้น 25 สิงหาคม 2565, จาก https://www.baanlaesuan.com/187612/maintenance/electric-system/solar-panel

Pcoa Solarcell. (2564). Perovskite Solar Cell คืออะไร. สืบค้น 25 สิงหาคม 2565, จาก https://pcoa.co.th/

แหล่งข้อมูลที่เกี่ยวข้อง

T. Piper, W. Xu and J. W. P. Hsu, "How Optical and Electrical Properties of ITO Coated Willow Glass Affect Photonic Curing Outcome for Upscaling Perovskite Solar Cell Manufacturing," in IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 12, no. 3, pp. 722-727, May 2022, doi: 10.1109/JPHOTOV.2022.3159395

Dai et al., "Origin of the X-Ray-Induced Damage in Perovskite Solar Cells," in IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 69, no. 8, pp. 1850-1856, Aug. 2022, doi: 10.1109/TNS.2022.3190200

B. Hong and H. W. Choi, "Improved Stability of FAPbI3-Based Mixed-Cation Perovskite Solar Cells Fabricated Using Facile Cation Injection Technology," in IEEE Photonics Journal, vol. 14, no. 3, pp. 1-7, June 2022, Art no. 0626507, doi: 10.1109/JPHOT.2022.3168064

Bhattarai et al., "Investigation of Carrier Transport Materials for Performance Assessment of Lead-Free Perovskite Solar Cells," in IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 69, no. 6, pp. 3217-3224, June 2022, doi: 10.1109/TED.2022.3165516

M. Moreno-Romero, D. M. Torres-Herrera, C. A. Rodríguez-Castañeda, A. N. Corpus-Mendoza, J. J. Prias-Barragán and H. Hu, "Voltage Scanning Speed Determination and Current–Voltage Curves of Different Types of Perovskite Solar Cells," in IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 12, no. 2, pp. 611-617, March 2022, doi: 10.1109/JPHOTOV.2022.3143459

Rani, A. Kumar and D. S. Ghosh, "Optical Designing of Perovskite Solar Cells," in IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 12, no. 2, pp. 595-601, March 2022, doi: 10.1109/JPHOTOV.2022.3141344

BAUTISTA IZC, Shuzhang YANG, Aekjira KUYYAKANONT, Minoru IWATA, Tingli MA, Mengu CHO. Perovskite Solar Cells in Space: Evaluation of Perovskite Solar Cell Hole Transport Material in Space Environment. Transactions of the Japan Society of Aeronautical & Space Science. 2022;65(2):95-107. https://doi.org/10.2322/tjsass.65.95.

B. Díaz-Cruz et al., "Improving thermal stability of perovskite solar cell through interface modification by PbS quantum dots," 2021 18th International Conference on Electrical Engineering, Computing Science and Automatic Control (CCE), 2021, pp. 1-5, doi: 10.1109/CCE53527.2021.9633033

Shiwani, R. Mehra, S. Malhotra and M. Sood, "Optimized Perovskite Solar Cell Design using Suitable Defects in Layers for Enhanced Efficiency," 2021 6th International Conference on Signal Processing, Computing and Control (ISPCC), 2021, pp. 550-555, doi: 10.1109/ISPCC53510.2021.9609485