Tweet

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ประเทศอังกฤษ ได้ไขปริศนาหลักที่เกิดกับโซลาร์เซลหลังจากที่ได้มีความพยายามค้นหาคำตอบประเด็นนี้กันมากว่า 40 ปี

แผงโซลาร์เซลนั้นถือเป็นระบบการผลิตพลังงานสะอาดที่สามารถเข้าถึงได้ง่ายที่สุดแล้วในปัจจุบัน เนื่องจากต้นทุนต่ำและสามารถซื้อหาได้ทั่วไป

อย่างไรก็ตาม แผงเซลแสงอาทิตย์ทั่วไปนั้น จะมีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าได้เพียง 20 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น นั่นคือทุกๆพลังงานแสงอาทิตย์เทียบเท่า 1000 วัตต์ จะสามารถผลิตเป็นไฟฟ้าได้เพียง 200 วัตต์เท่านั้น

และตอนนี้ทีมนักวิจัยนานาชาติได้ไขปริศนาประเด็นพื้นฐานอันหลักในแง่ของความบกพร่องของวัสดุที่เป็นข้อจำกัดและทำให้ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ได้แล้ว โดยปัญหานี้เป็นที่รับรู้และศึกษากันมานานกว่า 40 ปี มีงานวิจัยตีพิมพ์ออกมาราว 270 ฉบับซึ่งระบุถึงปัญหานี้โดยตรงแต่ไม่มีการระบุถึงวิธีการแก้ไขปัญหา

ผลงานวิจัยชิ้นใหม่แสดงให้เห็นถึงการสังเกตเห็นเป็นครั้งแรกของความบกพร่องของวัสดุที่ไม่เคยทราบกันมาก่อน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์นั้นลดลง

ศ. Tony Peaker ผู้ซึ่งร่วมวิจัยในครั้งนี้ได้ตีพิม์ลงในวารสาร Journal of Applied Physics กล่าวว่า “เนื่องจากผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและต้นทุนทางการเงิน การถดถอยของประสิทธิภาพของแผ่นโซลาร์เซลนั้นจึงได้รับความสนใจเป็นอย่างสูงทั้งในเชิงวิทยาศาตตร์และวิศวกรรมในช่วง 4 ทศวรรษที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม แม้จะมีนักคิดชั้นยอดพยามกันอย่างหนัก ปัญหานี้ก็ยังไม่เคยได้รับความกระจ่างจนเรามาเจอนี่แหละ”

เขากล่าวต่ออีกว่า ในช่วงชั่วโมงต้นๆของการทำงานของแผงโซลาร์เซลหลังการติดตั้ง ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลจะลดลงทันทีจาก 20% เหลือประมาณ 18% แม้ว่าการลดลงของประสิทธิภาพแค่ 2% อาจจะดูเหมือนไม่มาก แต่เมื่อมองว่าเราใช้แผงโซลาร์เซลกันเป็นจำนวนมากทั่วโลกเพื่อผลิตพลังงาน และยังมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ตัวเลขนี้ก็ถือว่าเป็นการสูญเสียของพลังงานจำนวนมหาศาลเลยทีเดียว

พลังงานที่สูญเสียไปโดยใช่เหตุนี้รวมๆแล้วทั่วโลกที่มีการติดตั้งโซลาร์เซลไปแล้วนั้นคิดเป็นหลาย 10 Gigawatts หรือเป็นหลัก 10,000 MW ซึ่งเทียบเท่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รวมก้นแล้วถึง 15 โรงด้วยกัน พลังงานที่สูญเสียไปนี้เลยต้องมีการผลิตชดเชยด้วยวิธีอื่นเช่นการใช้พลังงานจากฟอสซิลเป็นต้น

กระบวนการศึกษาได้ใช้เทคนิคหลากหลายในเชิงการทดลองและเชิงทฤษฏีเพื่อหากระบวนการที่ทำให้เกิดกระบวนการ LID (Light Induced Degradation) หรือการเสื่อมสภาพที่เกิดจากแสง พร้อมๆกับการใช้เครื่องมือวัดอย่าง Deep level transient spectroscopy (DLTS) ทำให้ทีมนักวิจัยค้นพบการมีอยู่ของความบกพร่องของวัสดุซึ่งแฝงตัวอยู่ตั้งแต่ต้นภายในซิลิกอนที่ใช้ในการผลิตเซลแสงอาทิตย์นั่นเอง

ประจุอิเลคทรอนิคที่อยู่ในแผ่นซิลิกอนของโซลาร์เซลจะถูกเปลี่ยนแปลงภายใต้แสงอาทิตย์ ซึ่งถือเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการผลิตพลังงานไฟฟ้า ทางทีมวิจัยพบว่าในการกระบวนการเปลี่ยนแปลงนี้จะมีส่วนของตัวขัดขวาง (trap) ประสิทธิภาพสูงเข้าไปเกี่ยวข้องแล้วทำให้มีการดักไม่ให้ตัวนำประจุ (อิเลคตรอน)ไหลออกไป

ดร. Iain Crowe กล่าวว่า การไหลของอิเลคตรอนจะเป็นตัวกำหนดขนาดของกระแสไฟฟ้าที่โซลาเซลล์จะสามารถผลิตได้ ถ้ามีอะไรมาดักมันเอาไว้ มันก็จะลดประสิทธิภาพของโซลาร์เซลและจำนวนของพลังงานไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้ในแต่ละระดับของแสงแดด เราได้พิสูจน์แล้วว่าความบกพร่องดังกล่าวนั้นมีอยู่จริง และตอนนี้ก็ต้องหาวิธีการแก้ไขเชิงวิศวกรรมกันต่อไป

เทคนิคมาตรฐานเชิงอุตสกรรมที่ใช้ในการระบุถึงคุณภาพของซิลิกอนจะวัดอายุของอนุภาคนำไฟฟ้า ซึ่งอายุจะยาวนานกว่าสำหรับวัสดุที่มีคุณภาพสูงเนื่องจากมี trap หรือตัวขัดขวางน้อย และพวกเขาพบข้อเชื่อมโยงกันได้ว่า อายุของอนุภาคนำไฟฟ้าจะน้อยลงเมื่อมีได้รับแสงสว่าง แต่กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้ โดยพวกเขาพบว่าช่วงอายุของประจุจะเพิ่มขึ้นเมื่อนำสารนั้นไปให้ความร้อนในที่มืด ซึ่งถือเป็นกระบวนการที่ใช้ในการลดตัวขัดขวางนั่นเอง

ที่มา psys.org