พลังงานและสิ่งแวดล้อม

เซลล์แสงอาทิตย์ที่พิมพ์ได้เป็นอนาคตของภาคพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกหรือไม่?

เซลล์แสงอาทิตย์ที่พิมพ์ได้เป็นอนาคตของภาคพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกหรือไม่?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

พิมพ์วงจรไฟฟ้า [ที่มาของภาพ:วิกิมีเดียคอมมอนส์]

บริษัท ผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ Triton Solar ของสหรัฐเพิ่งลงนามในข้อตกลงมูลค่า 100 ล้านดอลลาร์เพื่อเปิดโรงงานผลิตในรัฐกรณาฏกะของอินเดียโดยมีเป้าหมายที่จะเริ่มการผลิตที่ไซต์ตั้งแต่เดือนสิงหาคม 2559 โดย บริษัท ได้ประกาศการตัดสินใจเมื่อวันที่ 14 ในเดือนธันวาคมหลังจากนั้นในเดือนเมษายนมีแผนจะสร้างโรงงานในรัฐมัธยประเทศ Triton Solar ตั้งอยู่ในรัฐนิวเจอร์ซีย์และเชี่ยวชาญด้านเซลล์แสงอาทิตย์ที่พิมพ์ได้ซึ่งใช้พลังงานจากนาโนเทคโนโลยีและผลิตโดยเทคนิคการพิมพ์ที่ได้รับการจดสิทธิบัตร เช่นเดียวกับการใช้งานในสภาพกลางแจ้งเซลล์ยังสามารถผลิตพลังงานแสงอาทิตย์จากแสงโดยรอบได้โดยไม่ต้องให้แสงแดดส่องโดยตรง

บริษัท หรือองค์กรอื่น ๆ เพียงไม่กี่แห่งที่นำฟิล์มบางพลังงานแสงอาทิตย์ที่พิมพ์ได้มาใช้แม้ว่าเทคโนโลยีจะได้รับความนิยมเมื่อสองปีก่อนในปี 2013 ในปีนั้น Australian Victorian Organic Solar Cell Consortium (VICOSC) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Australian Commonwealth Scientific and Industrial องค์การวิจัย (CSIRO) แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขนาดของกระบวนการพิมพ์สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ซึ่งช่วยให้สามารถพิมพ์เซลล์แสงอาทิตย์แบบแยกส่วน (BHJ) จำนวนมากได้อย่างต่อเนื่องโดยใช้วัสดุพิมพ์กว้าง 30 ซม. มีการพัฒนาโมดูลสาธิตหลายชุดสำหรับการประเมิน สิ่งเหล่านี้คือโมดูลเซลล์ไวแสงสีย้อม (DSC) ที่สามารถพิมพ์ลงบนพื้นผิวได้หลายประเภทรวมถึงพลาสติกแก้วหรือเหล็ก พวกเขาทำงานด้วยความสามารถของหมึกในการจับแสงแดดและแปลงเป็นไฟฟ้า สิ่งนี้อาจทำให้สามารถรวมเข้ากับสิ่งของต่างๆได้เช่นเคสสมาร์ทโฟนแท็บเล็ตหรือแล็ปท็อป อย่างไรก็ตามในปัจจุบันมีประสิทธิภาพน้อยกว่าซิลิกอนมาตรฐานถึง 10 เท่า

ในเดือนมีนาคม 2014 ทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษจาก National Physical Laboratory (NPL) ใน Middlesex ได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่พิมพ์ได้ สิ่งเหล่านี้สามารถทำงานได้ในวันที่มืดมนเมื่อมีแสงแดดเพียงเล็กน้อยและการใช้งานที่เป็นไปได้นั้นรวมถึงการรวมเข้ากับวัสดุของเสื้อโค้ทหรือกระเป๋าที่สามารถใช้ชาร์จอุปกรณ์มือถือได้

บริษัท อื่นที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาเทคโนโลยีนี้คือ Eight19 ซึ่งใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์ที่มีที่มาจากวัสดุที่มีอยู่มากมายและมีต้นทุนต่ำ เซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้มีความสามารถในการดูดซับแสงที่แข็งแกร่งแข็งแกร่งกว่าซิลิกอนประมาณ 100 เท่าและสามารถผลิตได้จากสารละลายภายใต้สภาพแวดล้อมซึ่งจะทำให้วัสดุบางเฉียบ นอกจากนี้ยังหมายความว่าสามารถพิมพ์ได้โดยใช้กระบวนการพิมพ์และการเคลือบแบบม้วนต่อม้วนอย่างต่อเนื่องซึ่งจะช่วยลดต้นทุน อุปกรณ์การพิมพ์ที่ใช้ในการดำเนินการนี้มีอยู่แล้ว สามารถพิมพ์วัสดุได้หลายสิบถึงหลายร้อยเมตรต่อนาทีและมักใช้ในการผลิตบรรจุภัณฑ์และสารเคลือบคุณภาพสูง

เนื่องจากฟิล์มบางมีน้ำหนักเบามากจึงไม่จำเป็นต้องเสริมหลังคาใด ๆ และความสามารถในการพิมพ์เซลล์ในช่วงสีต่างๆหมายความว่าอาจมีสิ่งกีดขวางน้อยกว่าแผงโซลาร์เซลล์ซิลิกอนมาตรฐาน อุตสาหกรรมยานยนต์กำลังให้ความสนใจในโซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบางที่สามารถพิมพ์ได้โดยมีมุมมองที่จะติดตั้ง Solar PV บนหลังคารถซึ่งจะช่วยในการชาร์จวงจรไฟฟ้าของรถยนต์

เทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นของการพัฒนาดังนั้นจึงต้องใช้เวลาสักพักก่อนที่เราจะได้เห็นการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ อย่างไรก็ตามความก้าวหน้าในด้านนี้กำลังขับเคลื่อนไปข้างหน้าโดยมหาวิทยาลัยทั่วโลกและ บริษัท เคมีขนาดใหญ่ บ่อยครั้งที่สิ่งนี้จำเป็นต้องมีการจัดการความร่วมมือบางอย่าง (Eight19 ทำงานร่วมกับมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และ บริษัท พัฒนาวัสดุต่างๆ)

อย่างไรก็ตามเรื่องราวยังไม่จบเพียงแค่นั้นเนื่องจากปัจจุบันเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ที่พิมพ์ได้มีเทคโนโลยีที่เป็นคู่แข่งกันนั่นคือเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด perovskite ซึ่งมีประสิทธิภาพถึง 20 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับเพียง 10 เปอร์เซ็นต์

Perovskite เริ่มดึงดูดความสนใจจากภาคพลังงานแสงอาทิตย์เมื่อประมาณห้าปีที่แล้ว เป็นวัสดุที่มีตะกั่วไอโอดีนและส่วนประกอบอินทรีย์ เมื่อมีการวิจัยครั้งแรก perovskite สามารถเข้าถึงประสิทธิภาพได้เพียง 3 เปอร์เซ็นต์ แต่ในช่วงเวลาเพียงห้าปีที่ผ่านมาได้เพิ่มขึ้นเป็น 20 เปอร์เซ็นต์ซึ่งเป็นสองเท่าของฟิล์มบางออร์แกนิกที่พิมพ์ได้ดังกล่าวก่อนหน้านี้ Michael Grätzelนักวิจัยด้านพลังงานแสงอาทิตย์ที่ Ecole Polytechnique ในเมืองโลซานประเทศสวิตเซอร์แลนด์เขียนในฉบับ วัสดุธรรมชาติการเพิ่มขึ้นของ perovskite โลหะเฮไลด์ในภาคพลังงานแสงอาทิตย์ทำให้ชุมชน PV ตกตะลึง Fiona Scholes ผู้เชี่ยวชาญด้านเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ของ CSIRO ซึ่งพูดกับนิตยสาร Cosmos ได้อธิบายถึงการพัฒนานี้ว่า“ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ที่สุดของเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์”

เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite ดีบุก [ที่มาของภาพ:สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด Flickr]

ตามที่วิศวกรวัสดุ Jinsong Huang จาก University of Nebraska กล่าวว่ากุญแจสำคัญของความสามารถในการผลิตกระแสไฟฟ้าของ perovskite คือโครงสร้างภายในซึ่งช่วยให้อิเล็กตรอนสามารถเข้าถึงอิเล็กโทรดในเซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite ที่พิมพ์ออกมาได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตามเพื่อให้สามารถแข่งขันกับซิลิกอนได้อย่างมีประสิทธิภาพนั้นจะต้องมีประสิทธิภาพประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ซึ่งอาจเป็นไปได้ภายในห้าปีข้างหน้า

มีข้อเสียบางประการของเซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite เช่นความไวต่อความชื้นและความจริงที่ว่ามีตะกั่วจึงกลายเป็นแหล่งที่มาของความเป็นพิษหากแตก อย่างไรก็ตาม Huang เชื่อว่าเซลล์ perovskite สามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อให้มีเสถียรภาพมากขึ้นในขณะที่นักวิจัยคนอื่น ๆ กำลังหาวิธีแทนที่เนื้อหาตะกั่วสำหรับสิ่งที่เป็นอันตรายน้อยกว่า

Fiona Scholes เชื่อว่าเซลล์แสงอาทิตย์ที่พิมพ์ได้จะกลายเป็น“ ส่วนสำคัญของการผสมผสานพลังงานหมุนเวียน” ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เป็นเรื่องจริงอย่างแน่นอนเนื่องจากความจำเป็นที่จะต้องทำอะไรบางอย่างเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโดยการลดปริมาณการใช้พลังงานของโลกซึ่งเราจำเป็นต้องตรวจสอบเส้นทางต่างๆให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้

เซลล์แสงอาทิตย์ที่พิมพ์ได้มีจำนวนเพิ่มมากขึ้นดูเหมือนว่าจะกลายเป็นส่วนสำคัญของชุดเครื่องมือพลังงานโดยรวม