เนื้อหาวันที่ : 2012-11-19 10:39:14 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 1106 views

โซลาร์เซลล์คาร์บอนนวัตกรรม เพื่อไฟฟ้า พลังงานสะอาด

แนวโน้มความต้องการเชื้อเพลิงชนิดนี้เพิ่มขึ้นจนรูปกราฟแทบจะเป็นแนวตั้ง สวนทางกับจำนวนทรัพยากรใต้พื้นพิภพที่หลงเหลืออยู่น้อยลงจนแทบจะเป็นกราฟแนวดิ่ง

ทุกวินาทีที่โลกหมุนรอบตัวเอง มนุษย์ก็เผาผลาญพลังงานที่ได้มาจากเชื้อเพลิงฟอสซิลจำนวนมหาศาล แนวโน้มความต้องการเชื้อเพลิงชนิดนี้เพิ่มขึ้นจนรูปกราฟแทบจะเป็นแนวตั้ง สวนทางกับจำนวนทรัพยากรใต้พื้นพิภพที่หลงเหลืออยู่น้อยลงจนแทบจะเป็นกราฟแนวดิ่ง

ดังนั้น การหาแนวทางการผลิตพลังงานทดแทนจึงเป็นทางออกสำคัญของมนุษยชาติที่คาดหวังกับการใช้พลังธรรมชาตินอกเหนือจากเชื้อเพลิงฟอสซิล มาขับเคลื่อนโลกให้หมุนไปข้างหน้าโดยทำให้ชีวิตประจำวันของผู้คนยังคงดำเนินไปได้อย่างต่อเนื่อง

ปัญหาดังกล่าวเป็นเรื่องที่มีการพูดกันมาอย่างต่อเนื่อง และการวิจัยผลิตภัณฑ์ที่จะนำมาใช้ผลิตพลังงานทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลก็เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องด้วยเช่นกัน

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นทางเลือกสำคัญของพลังงานทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มนุษย์มุ่งหวังจะนำมาใช้ เพราะเป็นพลังงานสะอาดมีอยู่อย่างเหลือเฟือ (เพราะอีกกว่า 5,000 ล้านปีกว่าดวงอาทิตย์จะทำลายตัวเอง) แต่ปัญหาที่สำคัญก็คือเทคโนโลยีการผลิตโซลาร์เซลล์ ที่ใช้แปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ายังมีประสิทธิภาพต่ำ มีต้นทุนสูง และต้องใช้พื้นที่จำนวนมากในการผลิตพลังงานให้เพียงพอต่อความต้องการ

จะดีกว่าหรือไม่หากนักวิทยาศาสตร์สามารถคิดค้นโซลาร์เซลล์ที่ทั้งเบา มีราคาถูกและมีประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์สูงกว่าโซลาร์เซลล์ที่อาศัยซิลิกอนเป็นพื้นฐานอย่างเช่นที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ได้ตอบคำถามดังกล่าวด้วยการเปิดเผยผลการคิดค้นโซลาร์เซลล์ที่ใช้คาร์บอนเป็นพื้นฐาน ที่ ศาสตราจารย์ เจ้อหนาน โป๋ แห่งภาควิชาวิศวกรรมเคมี มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด อธิบายว่า คาร์บอนเป็นธาตุที่มีศักยภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้า (จากแสงอาทิตย์) ด้วยต้นทุนที่ต่ำลงมากๆ และศ.เจ้อหนาน รวมทั้งทีมงานวิจัยได้ผลิตต้นแบบโซลาร์เซลล์จากคาร์บอนที่มีความยืดหยุ่นทำให้เข้าได้กับพื้นผิวโค้ง หรือลอน ซึ่งเป็นการสร้างความสะดวกต่อการนำไปใช้งานจริง

นั่นหมายความว่าแผงโซลาร์เซลล์คาร์บอนของทีมงานแห่ง ม.สแตนฟอร์ด สามารถนำไปใช้ติดตั้งบนหลังคา หรือพื้นที่ต่างๆ โดยมีพื้นที่รับแสงมากกว่าแผงโซลาร์เซลล์ซิลิกอนที่ทั้งใหญ่ หนัก และไม่สามารถบิดงอได้

ต้นแบบของแผงโซลาร์เซลล์คาร์บอนถูกสร้างขึ้นมาในรูปแบบแผ่นฟิล์มบางๆ ที่มีชั้นของแผงวงจรคาร์บอน และเคลือบไว้ด้วยสารป้องกันการขีดข่วนบนพื้นผิวภายนอก

ยิ่งไปกว่านั้น ทีมงานยืนยันด้วยว่าแผงโซลาร์เซลล์คาร์บอนนี้ มีขั้นตอนการผลิตน้อยกว่าแผงโซลาร์เซลล์ซิลิกอนหลายเท่าตัวทำให้การลงทุนเครื่องจักรและเครื่องมือในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์แบบใหม่นี้ น้อยกว่ากันมาก

แต่หลักการพื้นฐานในการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ยังคงเหมือนกับโซลาร์เซลล์รุ่นเก่า เพียงแต่ทีมงานได้พัฒนาชั้นวัสดุไวแสง(Photoactive Layer) ที่สร้างขึ้นมาจากคาร์บอนนาโน แทรกไว้ในชั้นอิเล็กโตรด ที่ผลิตขึ้นมาจากโลหะนำไฟฟ้าและอินเดียม ทิน ออกไซด์(ITO)

 การใช้ธาตุอินเดียมอาจเป็นจุดอ่อนเพียงประการเดียวของแผงโซลาร์เซลล์คาร์บอนชิ้นนี้เนื่องจากอินเดียม (I) เป็นธาตุที่หายาก แต่มีความต้องการสูง เพราะเป็นธาตุที่ใช้ประกอบในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ หน้าจอสัมผัส และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ซึ่งการใช้อินเดียมทำให้ต้นทุนการผลิตแผงโซลาร์เซลล์คาร์บอนนั้นสูงขึ้น

แต่ด้วยการพัฒนาการผลิตคาร์บอนนาโนที่สามารถผลิตได้ครั้งละมากๆ และเป็นธาตุที่มีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ ทำให้มีราคาถูก
ทีมงานยังได้เพิ่มทางเลือกในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์คาร์บอนที่มีราคาต่ำลงด้วยการทดแทนโลหะเงิน และ อินเดียม ทิน ออกไซด์ด้วย "กราฟีน" หรือแผ่นคาร์บอนที่มีความหนาเพียง 1 อะตอม และขดลวดคาร์บอนนาโน ที่มีขนาดเล็กกว่าเส้นผมมนุษย์ราว 10,000 เท่าและพบว่าท่อขดลวดคาร์บอนสามารถทดแทนโลหะทั้ง 2 ชนิดได้ โดยตัวมันเองทำหน้าที่เป็นสื่อนำไฟฟ้าได้อย่างดีเลิศ ทั้งยังมีคุณสมบัติที่ดีอีกประการหนึ่ง คือ เป็นสารที่ดูดกลืนพลังงานจากแสงได้ดีมาก

ในส่วนของชั้นปฏิกิริยา นักวิทยาศาสตร์ชุดนี้ได้สร้างวัสดุที่เรียกว่า "Buckyballs"ขึ้นมาจากโมเลกุลคาร์บอนที่มีความกว้างเพียง1 นาโนเมตร ผสานเข้ากับขดลวดคาร์บอนนาโนเพื่อใช้เป็นตัวแปลงแสงแดดให้เป็นพลังงานไฟฟ้า

จากผลงานการวิจัย ทีมงานของ ม.สแตน-ฟอร์ด พบว่าโซลาร์เซลล์คาร์บอนต้นแบบสามารถดูดซับคลื่นแสงระดับใกล้แสงอินฟราเรด และผลิตพลังงานออกมาได้ต่ำกว่า 1% ของปริมาณแสงที่รับเข้าไป แม้ว่าตัวเลขดังกล่าวจะต่ำกว่าประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ที่มีจำหน่ายในตลาดในปัจจุบันเป็นอย่างมาก แต่ทีมงานก็เชื่อมั่นว่าจะสามารถพัฒนาประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์ชนิดนี้ออกมาได้อีกมาก

โดยขั้นตอนแรกเริ่มต้นจากการสร้างพื้นผิวขดลวดคาร์บอนนาโน ให้มีความเรียบมากขึ้น ซึ่งการที่พื้นผิวขดลวดคาร์บอนนาโนมีความขรุขระ ทำให้กระแสไฟฟ้าเกิดการกระโดดข้ามระหว่างกัน หรือที่เรียกว่าการ "ช็อต" ที่จะทำให้กระแสไฟฟ้าไม่ไหลเวียนเป็นวงจรและเกิดความร้อนซึ่งถือเป็นพลังงานที่สูญเปล่าขึ้นในวงจรแทน

ข้อดีอีกประการหนึ่งของแผงโซลาร์เซลล์คาร์บอนคือ การทนต่อความร้อนในระดับสูง โดยในการทดลองพบว่าแผงโซลาร์เซลล์ชนิดนี้ทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพที่ความร้อนระดับใกล้เคียง 1,100 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งทำให้การนำแผงโซลาร์เซลล์ชนิดนี้ไปใช้ในสถานที่ต่างๆ ในโลกกลมๆ นี้เป็นไปได้อย่างสบายใจยิ่งขึ้นมาก.