เซลล์แสงอาทิตย์ที่ล้ำสมัยใช้แสงภายในอาคาร

ทีมนานาชาติที่นำโดย University College London (UCL) ได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ที่มีความทนทานมากขึ้น ซึ่งสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงภายในอาคารได้อย่างมีประสิทธิภาพ เทคโนโลยีนี้รับประกันว่าอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ เช่น แป้นพิมพ์ รีโมทคอนโทรล สัญญาณเตือน เซ็นเซอร์ ฯลฯ สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่

ต่างจากเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบดั้งเดิม เพอรอฟสไกต์สามารถปรับองค์ประกอบให้ดูดซับแสงภายในอาคารที่มีความยาวคลื่นเฉพาะเจาะจงได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม วัสดุนี้มักมีข้อบกพร่องที่เป็นผลึก (เรียกว่า “กับดัก”) ซึ่งดักจับอิเล็กตรอน ขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้าและส่งเสริมการเสื่อมสภาพ

ในการศึกษาวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Advanced Functional Materials ทีมได้ผสมสารเคมีสามชนิดเข้าด้วยกันเพื่อลดข้อบกพร่องดังกล่าว รวมถึง RbCl (รูบิเดียมคลอไรด์) ซึ่งช่วยให้ผลึกเพอรอฟสไกต์เติบโตอย่างสม่ำเสมอและลดความเครียด รวมถึงสารเคมีอีกสองชนิดที่ช่วยรักษาเสถียรภาพของไอออนไอโอไดด์และโบรไมด์ โดยป้องกันไม่ให้ไอออนเหล่านี้แยกตัวและเสื่อมประสิทธิภาพ

“เซลล์แสงอาทิตย์มีข้อบกพร่องมากมาย เหมือนกับเค้กที่ถูกตัดเป็นชิ้นๆ ‘ส่วนผสม’ ทั้งสามอย่างที่เราใส่เข้าไปช่วยเชื่อมเค้กเข้าด้วยกัน ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่ายขึ้น ผลรวมของผลรวมนี้แข็งแกร่งกว่าส่วนประกอบแต่ละชิ้น” ซือหมิง หวง นักศึกษาปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส (UCL) หัวหน้าทีมวิจัยอธิบาย

ผลลัพธ์ที่ได้คือ เซลล์นี้มีประสิทธิภาพการแปลงแสงภายในอาคารสูงถึง 37.6% ที่ความเข้มแสง 1,000 ลักซ์ (เทียบเท่าความสว่างของสำนักงาน) ซึ่งสร้างสถิติ โลก สำหรับเซลล์เพอรอฟสไกต์ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการให้แสงสว่างภายในอาคารด้วยแบนด์แก๊ป 1.75 eV อายุการใช้งานที่คาดหวังคือมากกว่า 5 ปี ซึ่งสูงกว่าอายุการใช้งานหลายสัปดาห์หรือหลายเดือนของรุ่นก่อนหน้าอย่างมาก

การทดสอบแสดงให้เห็นว่าหลังจากใช้งานไปมากกว่า 100 วัน แบตเตอรี่ใหม่ยังคงประสิทธิภาพเดิมไว้ได้ 92% เมื่อเทียบกับ 76% ของแบตเตอรี่ตัวอย่างควบคุม ภายใต้สภาวะที่รุนแรง (การใช้งานไฟแรงต่อเนื่อง 300 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 55°C) แบตเตอรี่ใหม่ยังคงประสิทธิภาพไว้ได้ 76% ในขณะที่แบตเตอรี่ตัวอย่างควบคุมมีประสิทธิภาพเพียง 47%

รองศาสตราจารย์โมจตาบา อับดี จาเลบี (UCL) กล่าวว่า "ปัจจุบันอุปกรณ์ขนาดเล็กที่กินไฟหลายพันล้านชิ้นต้องพึ่งพาการเปลี่ยนแบตเตอรี่ ซึ่งเป็นแนวทางที่ไม่ยั่งยืน เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ของเราสามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้น ใช้งานได้นานขึ้น และมีต้นทุนน้อยลง เนื่องจากทำจากวัสดุทั่วไป ผลิตง่าย และสามารถพิมพ์ได้เหมือนหนังสือพิมพ์"