นักวิจัยญี่ปุ่นประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์มีความโปร่งใสถึง 79%

เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความโปร่งใส 79%: ภาพ: Tohoku University/Scientific Reports

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Tohoku ในญี่ปุ่นได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่แทบจะมองไม่เห็นโดยใช้อินเดียมทินออกไซด์ (ITO) เป็นอิเล็กโทรดโปร่งใสและทังสเตนไดซัลไฟด์ (WS2) เป็นชั้นโฟโตแอกทีฟ เซลล์มีศักยภาพที่จะบรรลุความโปร่งใสได้ถึง 79 เปอร์เซ็นต์ และสามารถช่วยนำเซลล์แสงอาทิตย์ที่มองไม่เห็นใกล้ TMD จากพื้นฐานไปสู่ขั้นตอนทางอุตสาหกรรมอย่างแท้จริง ตามการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Scientific Reports ทำให้เซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสซึ่งมีศักยภาพในการแปลงหน้าต่าง เรือนกระจก แผงกระจกของอุปกรณ์อัจฉริยะ และอื่นๆ ให้กลายเป็นอุปกรณ์เก็บพลังงานใกล้เคียงความเป็นจริงไปอีกขั้น

แต่ถึงแม้จะมีการพัฒนาล่าสุดกับ perovskite และสารกึ่งตัวนำอินทรีย์ ความโปร่งใสที่มองเห็นได้โดยเฉลี่ยของเซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้ต่ำกว่า 70 เปอร์เซ็นต์ ยังคงเป็นความท้าทายในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่โปร่งใสมากขึ้น

Image: Global Heating and Air Conditioning

อุปกรณ์ PV ประเภทนี้เป็นที่รู้จักสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบชุมทางชอตต์กี ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะกับเซมิคอนดักเตอร์มีแถบที่จำเป็นสำหรับการแยกประจุ อุปกรณ์ที่แนะนำและโครงสร้างวงดนตรีในอุดมคติจะแยกคู่อิเล็กตรอน-รูที่สร้างด้วยแสงโดยความแตกต่างในฟังก์ชันการทำงานระหว่างอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งกับเซมิคอนดักเตอร์

WS2 เป็นสมาชิกของกลุ่มวัสดุทรานซิชันเมทัลไดคัลโคเจไนด์ (TMD) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์อ้างว่าเหมาะสำหรับเซลล์สุริยะที่แทบจะมองไม่เห็น เนื่องจากมีช่องว่างแถบความถี่ที่ยอมรับได้ในช่วงแสงที่มองเห็นได้และประสิทธิภาพร่วมการดูดกลืนสูงสุดต่อความหนาสูงสุด การเชื่อมต่อ ITO-WS2 ถูกสร้างขึ้นโดยการสปัตเตอร์ ITO ลงบนซับสเตรตควอตซ์และขยายโมโนเลเยอร์ WS2 โดยใช้การสะสมไอเคมี (CVD) ตามนิตยสาร PV

อุปสรรคการติดต่อระหว่าง WS2 และ ITO ได้รับการปรับโดยการเคลือบโลหะบางๆ ต่างๆ ที่ด้านบนของ ITO (Mx/ITO) และแนะนำชั้นบางๆ ของ WO3 ระหว่าง Mx/ITO และโมโนเลเยอร์ WS2 เป็นผลให้ความสูงของสิ่งกีดขวาง Schottky เพิ่มขึ้นอย่างมาก (สูงถึง 220 meV) ซึ่งอาจเพิ่มประสิทธิภาพของการแยกตัวพาประจุในเซลล์

เซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจากสามารถเอาชนะข้อจำกัดของเซลล์แสงอาทิตย์แบบไม่โปร่งใสแบบดั้งเดิม ซึ่งสามารถแปลงส่วนประกอบที่หลากหลาย เช่น หน้าต่างสถาปัตยกรรม โรงเรือนทางการเกษตร แผงกระจกของอุปกรณ์อัจฉริยะ และแม้แต่ผิวหนังของมนุษย์ ให้กลายเป็นอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานเทคโนโลยีนี้ได้ก้าวไปอีกขั้นสู่ความเป็นจริง

บทความที่เกี่ยวข้อง

• เปลี่ยนหน้าต่าง เป็นแผงโซล่าเซลล์!!!
• Non-Stick Pans ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ได้อย่างไร ?
• การประยุกต์ใช้ Nano cell ในเทคโนโลยีการพิมพ์สำหรับผลิตโซล่าเซลล์
• Sun Rock อาคาร Carbon-free แห่งอนาคต

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Tohoku ในญี่ปุ่นได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความโปร่งใสสูงด้วยแผ่นอะตอม 2 มิติ เซลล์แสงอาทิตย์ที่แทบจะมองไม่เห็นเหล่านี้ได้รับการพัฒนาโดยใช้อินเดียมทินออกไซด์ (ITO) เป็นอิเล็กโทรดแบบโปร่งใสและทังสเตนไดซัลไฟด์ (WS2) เป็นชั้นโฟโตแอกทีฟ เซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้มีความโปร่งใสที่มองเห็นได้โดยเฉลี่ย 79% ซึ่งหมายความว่าในทางทฤษฎีแล้ว สามารถติดตั้งได้ทุกที่ ไม่ว่าจะเป็นหน้าต่างอาคาร แผงด้านหน้าของรถยนต์ และแม้แต่บนผิวหนังมนุษย์

แม้จะมีการพัฒนาเมื่อเร็ว ๆ นี้ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสที่มี perovskite และเซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์ ความโปร่งใสที่มองเห็นได้โดยเฉลี่ยของเซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้ต่ำกว่า 70% ยังคงเป็นความท้าทายในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่โปร่งใสมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสมานานแล้ว แต่วัสดุที่เหมาะสมยังไม่มีอยู่จริง

ในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่แทบจะมองไม่เห็น ทีมวิจัยของญี่ปุ่นได้ควบคุมอุปสรรคการติดต่อระหว่างอินเดียมทินออกไซด์ (ITO) ซึ่งเป็นหนึ่งในออกไซด์นำไฟฟ้าโปร่งใสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดและทังสเตนไดซัลไฟด์แบบชั้นเดียว พวกเขาเคลือบโลหะบาง ๆ ลงบน ITO และใส่ทังสเตนออกไซด์เป็นชั้นบาง ๆ ระหว่าง ITO ที่เคลือบกับทังสเตนซัลไฟด์ เป็นผลให้นักวิจัยพบว่าประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีอิเล็กโทรดที่ปรับให้เหมาะสมนั้นมากกว่า 1,000 เท่าของอุปกรณ์ที่ใช้อิเล็กโทรด ITO ปกติ ทีมวิจัยยังได้สำรวจว่าเซลล์สุริยะของพวกมันสามารถขยายเพื่อใช้ในแผงโซลาร์เซลล์จริงได้อย่างไร โดยการทำซ้ำการทดลองบนอุปกรณ์หน่วยที่ปรับให้เหมาะสมนี้ด้วยจำนวนอนุกรมและการเชื่อมต่อแบบขนานที่เหมาะสม พลังงานทั้งหมดสามารถเพิ่มได้ถึง 420 pW จากเซลล์แสงอาทิตย์ขนาด 1 ตร.ซม. ซึ่งมีค่าสูงมาก (79%) ของการส่งสัญญาณที่มองเห็นได้โดยเฉลี่ย

แปลและเรียบเรียงโดย ดร.วิชาญ นาคทอง ทีมงาน iEnergy Guru

Reference

1. https://interestingengineering.com/innovation/scientists-create-a-nearly-invisible-solar-cell-with-up-to-79-transparency
2. https://www.inceptivemind.com/japans-researchers-fabricate-near-invisible-solar-cells/25508/
3. https://www.planetcustodian.com/near-invisible-solar-cell/26946/