โครงการวิจัย 1.1: เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ที่มีประสิทธิภาพสูงและราคาถูกเพื่อทดแทนการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอน

 

            งานวิจัยนี้เกี่ยวกับการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ที่มีประสิทธิภาพสูงและราคาถูก เพื่อทดแทนการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิกอน โดยมีจุดประสงค์เพื่อประกอบเซลล์ต้นแบบที่เพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าด้วยกระบวนการต่างๆ และเพื่อพัฒนาจนสามารถใช้งานได้จริง โดยเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์นี้เป็นชนิดที่ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในหมู่ของนักวิจัยทางด้านพลังงาน เนื่องจากมีสมบัติเด่น คือ ราคาถูก ผลิตง่าย และมีสมบัติของสารกึ่งตัวนำที่โดนเด่น เช่น มีสภาพคล่องของประจุไฟฟ้าที่สูง ดูดกลืนแสงในช่วงความยาวคลื่นกว้าง และมีระยะการแพร่ของประจุที่ยาว เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้มีองค์ประกอบหลัก คือ สารเมทิลแอมโมเนียมเลดฮาไลด์ (CH3NH3PbX3, X = F, Cl, Br หรือ I) ทำหน้าที่เป็นตัวรับแสง ซึ่งมีความสามารถรับแสงเป็นช่วงกว้างตั้งแต่ช่วงอัลตราไวโอเลตถึงอินฟราเรด โดยในการประกอบเซลล์แสงอาทิตย์สารเพอรอฟสไกต์จะถูกประกบด้วยชั้นนำอิเล็กตรอน (electron transporting material, ETM) และชั้นนำโฮล (hole transporting material, HTM) ซึ่งใช้สารที่มีการจัดระดับพลังงานที่เหมาะสมกับสารเพอรอฟสไกต์โดยที่สารของชั้นนำอิเล็กตรอนนั้นมักเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นเช่น ซิงก์ออกไซด์ (ZnO), ไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO2), สารอนุพันธ์ของฟูลเลอรีน เป็นต้น ส่วนสารของชั้นนำโฮลมักเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี เช่น โพลิเมอร์นำไฟฟ้า(Spiro-OMeTAD) หรือคอปเปอร์ออกไซด์ (CuO) เป็นต้น สารเหล่านี้ต้องมีความหนาและสมบัติพื้นผิวที่เหมาะสมต่อการนำประจุไฟฟ้าจากสารเพอรอฟสไกต์ และมีผลอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า

 

           เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสไกต์ ใช้สารกึ่งตัวนำที่มีโครงสร้างแบบเพอรอฟสไกต์ (Perovskite semiconductor, ABX3) ดังแสดงใน รูปที่1.1.1 เซลล์ชนิดนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปีพ.ศ. 2552 โดยกลุ่มของ Prof. Miyasaka นักวิจัยชาวญี่ปุ่น ซึ่งได้รายงานประสิทธิภาพการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่ 3.81% [1] โดยใช้ Organoleadtriiodide (CH3NH3PbI3)เป็นตัวรับแสง การค้นพบครั้งนี้ได้กระตุ้นความสนใจของนักวิจัยในหลายประเทศ และก่อให้เกิดความร่วมมือในการแลกเปลี่ยนองค์ความรู้และเทคโนโลยีระหว่างกลุ่มวิจัย จนเกิดการพัฒนาประสิทธิภาพของเซลล์ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน ดังรวบรวมไว้ใน รูปที่ 1.1.2

 



เอกสารอ้างอิง

[1] A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai and T. Miyasaka,“Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells”, J. Am. Chem. Soc. 131(17)(2009)6050 – 6051.
[2] M. Liu, M. B. Johnston, and H. J. Snaith, “Efficient Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells by Vapour Deposition”, Nature 501(7467)(2013)395 – 398.
[3] J. Gong, S. B. Darling, and F. You, “Perovskite Photovoltaics: Life-cycle Assessment of Energy and Environmental Impacts”, Energ. Environ. Sci. 8(7)(2015)1953 – 1968.

 

หัวหน้าโครงการ: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.สุภาพ ชูพันธ์ 1)
นักวิจัยสมทบ: ผศ. ดร. ดวงมณี ว่องรัตนะไพศาล 1), ดร. อัจฉราวรรณ กาศเจริญ 1), ดร. สุรเชษฐ์ ผดุงธิติธาดา 1), ดร. พิพัฒน์ เรือนคำ 1), ดร. อัฐสิษฐ์ ทับทิมแท้ 2), ผศ. ดร. วีรมลล์ ไวลิขิต 3), ดร. นิยม โฮ่งสิทธิ์ 4), ดร. เอกสิทธิ์ วงศ์ราษฎร์ 4), ดร. วัชราวุฒิ กฤตินธรรม 4)
หน่วยงานต้นสังกัด: 1) ภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 2) โครงการจัดตั้งสายวิชาฟิสิกส์ คณะศิลปะศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ (วิทยาเขตกำแพงแสน), 3) ภาควิชาวิทยาศาสตร์ คณะศิลปะศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ (วิทยาเขตกำแพงแสน), 4) ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยพะเยา

 

Back