ปัญหาพื้นฐานที่นักวิทยาศาสตร์ขบคิดกันมานานกว่า 20 ปี ก็คือว่า ทำไมเมื่อนำแผงพลังงานแสงอาทิตย์ (solar cell) ไปใช้งานจริงกลางแสงอาทิตย์ จึงทำให้ประสิทธิภาพของแผงเสื่อมลง ซึ่งนับเป็นอุปสรรคที่สำคัญต่อการพัฒนาการวิจัย และความต้องการที่จะผลิตกระแสไฟฟ้าต้นทุนต่ำจากพลังงานแสงอาทิตย์ แต่ในขณะนี้ ทีมวิจัยของห้องปฏิบัติการเอมส์ (Ames Laboratory) ร่วมกับศูนย์วิจัยไมโครอิเล็กทรอนิกส์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐไอโอวา ประเทศสหรัฐอเมริกา อาจค้นพบความลับที่แท้จริงของสาเหตุดังกล่าวแล้วครับ นักวิจัยบอกว่า ปกติแล้วหากนำแผงพลังงานแสงอาทิตย์ไปไว้กลางแสงแดดเป็นเวลานานหลายวัน จะทำให้ประสิทธิภาพของแผงลดลงถึงราว 15-20% ทั้งนี้แผงพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ผลิตขึ้นจากซิลิคอนชนิดที่มีรูปร่างไม่แน่นอน และมีการเติมอะตอมของไฮโดรเจนลงไปด้วย (hydrogenated amorphous silicon) จัดเป็นซิลิคอนแบบที่ไม่เป็นผลึก (noncrystalline) โดยสามารถดูดกลืนแสงอาทิตย์ได้ดีกว่าซิลิคอนแบบเดิม ซึ่งเป็นแบบที่เป็นผลึก (crystalline) และการใช้ซิลิคอนแบบไม่เป็นผลึกนี้ ทำให้สามารถลดขนาดของแผ่นซิลิคอนจากเดิมที่หนาถึงยี่สิบไมครอน ให้เหลือเพียงครึ่งไมครอนได้ ทำให้ประหยัดต้นทุนลงได้มากทีเดียว กระนั้นก็ตาม แม้ว่าซิลิคอนแบบที่ไม่เป็นผลึก จะดูดกลืนแสงได้ดีมาก แต่ก็ถูกทำลายได้ด้วยแสงอาทิตย์ ด้วยปรากฏการณ์ที่เรียกว่า สเตเบลอร์-รอนสกี (Staebler-Wronski) ซึ่งเป็นที่รู้จักกันเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมานี้ การทดลองครั้งนี้ใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เข้าช่วย เพื่อหาสาเหตุที่มาของปรากฏการณ์นี้ในระดับอะตอม และหาวัสดุชนิดใหม่ที่อาจนำมาใช้ผลิตแผงพลังงานแสงอาทิตย์ได้ดีกว่า สิ่งที่รู้กันก่อนหน้านี้ก็คือว่า แสงแดดจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกับแผ่นซิลิคอนที่มีอะตอมของไฮโดรเจนผสมอยู่ด้วย โดยจะทำให้เกิดพันธะอิสระที่ไม่เสถียร (metastable dangling bond) ขึ้นภายใน เป็นเหมือนกับแขนอิสระที่พร้อมจะจับกับสารอื่นๆ ซึ่งพันธะอิสระที่เกิดขึ้นนี้ จะจับกับอิเล็กตรอน ทำให้ลดปริมาณกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นภายใน เป็นการลดประสิทธิภาพของแผงพลังงานแสงอาทิตย์ สำหรับคำถามที่ยังหาคำตอบไม่ได้ก็คือว่า กลไกระดับอะตอมที่ทำให้เกิดพันธะอิสระนี้เป็นอย่างไร ทีมวิจัยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ศึกษาการเรียงตัวของอะตอมซิลิคอนและไฮโดรเจน ทำให้ค้นพบคำตอบดังกล่าว โดยอธิบายการเกิดขึ้นของปรากฏการณ์ดังกล่าว ด้วยแบบจำลองการรวมตัวแบบสามขั้นตอน (three-step atomistic rebonding model) ผลที่ได้จากแบบจำลองแสดงให้เห็นว่า แสงแดดจะไปกระตุ้นให้เกิดการแตกตัวของพันธะที่ไม่แข็งแรง ระหว่างอะตอมของซิลิคอน จากนั้นจะมีการรวมตัวกันใหม่ของอะตอม แต่จะมีการรวมตัวบางตำแหน่งที่อะตอมของไฮโดรเจนเข้ามาจับแทน ทำให้อิเล็กตรอนถูกทำลายไป ความเข้าใจในปรากฏการณ์ในระดับอะตอมนี้ อาจทำให้ค้นหาวิธีที่จะแก้ไขความบกพร่องนี้ได้ ซึ่งในขณะนี้ทีมวิจัยกำลังพัฒนาวัสดุที่จะใช้ผลิตแผงพลังงานแสงอาทิตย์ชนิดใหม่อยู่ โดยใช้สารผสมระหว่างซิลิคอนที่มีโครงสร้างต่างกันผสมรวมไว้ด้วยกัน นั่นคือ ใช้กลุ่มของซิลิคอนที่มีโครงสร้างเป็นผลึกที่ละเอียด (nanocrystalline silicon) ฝังไว้ภายในโครงสร้างของซิลิคอนแบบที่ไม่เป็นผลึกแบบเดิม จะช่วยเพิ่มความคงทนต่อแสงอาทิตย์ได้มากขึ้น ถ้าแก้ไขปัญหาได้จริง ก็คงเป็นที่หวังได้ว่า เราอาจได้ใช้แผงพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และคงช่วยลดต้นทุนค่าใช้จ่ายลงได้บ้าง
ข้อมูลเพิ่มเติม http://www.external.ameslab.gov/News/release/2003rel/solar.html
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น