จีนพัฒนาวัสดุใหม่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์

วันที่ 8 สิงหาคม 2568 - 22:21 น.

ปักกิ่ง, 7 ส.ค. (ซินหัว)  - นักวิทยาศาสตร์จีนประสบความสำเร็จในการสร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ (organic solar cells) ซึ่งช่วยเปิดแนวทางใหม่ในการออกแบบวัสดุสำหรับชั้นรอยต่อ และปูรากฐานสำหรับการประยุกต์ใช้เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ในระดับอุตสาหกรรม

งานวิจัยดังกล่าวนำโดยศาสตราจารย์หวงฮุย และรองศาสตราจารย์ไช่อวิ๋นฮ่าว จากมหาวิทยาลัยสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (University of Chinese Academy of Sciences) และได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติเนเจอร์ แมตทีเรียล (Nature Materials)

เมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนินทรีย์ เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์มีคุณสมบัติน้ำหนักเบา สามารถผลิตได้โดยกระบวนการละลาย และมีความยืดหยุ่นทางกลในตัวเอง ทำให้ง่ายต่อการผลิตอุปกรณ์ที่บางมาก พับงอ และม้วนได้ เหมาะสำหรับการใช้งานในอิเล็กทรอนิกส์ยืดหยุ่น เทคโนโลที่ยีสวมใส่ได้ และระบบโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งในอาคาร

ไช่กล่าวว่า เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์มีศักยภาพสูงในการใช้กับสารละลายที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและวัสดุย่อยสลายได้ จึงเหมาะสำหรับการจัดการวงจรชีวิตที่ยั่งยืนตั้งแต่การผลิตจนถึงการรีไซเคิล อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานยังคงอยู่ในระดับต่ำ โดยหนึ่งในความท้าทายหลักคือประสิทธิภาพของชั้นรอยต่อที่ขั้วลบ (cathode interfacial layer) 

เธอกล่าวเสริมว่า การใช้วัสดุรอยต่อแบบเดี่ยวแบบเดิมประสบปัญหาความนำไฟฟ้าไม่เพียงพอ การรวมตัวของประจุไฟฟ้ารุนแรง และฟิล์มบางที่ไม่ได้ประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาประสิทธิภาพและความเสถียรของอุปกรณ์ 

เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว ทีมวิจัยได้เสนอแนวทางนวัตกรรมที่เรียกว่า “กลยุทธ์ความร่วมมือแบบสององค์ประกอบ” โดยผสมผสานวัสดุอินทรีย์และอนินทรีย์อย่างมีแบบแผน เพื่อให้คุณสมบัติเสริมกันอย่างลงตัว ส่งผลให้ชั้นรอยต่อมีประสิทธิภาพเหนือกว่าระบบที่ใช้วัสดุเพียงชนิดเดียว ความร่วมมือนี้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่การผสมทางกายภาพ แต่ยังเน้นการปรับแต่งโครงสร้าง คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ และกลไกการปฏิสัมพันธ์ให้ทำงานสอดประสานกันอย่างมีประสิทธิภาพ

กลยุทธ์นี้ช่วยลดความหนาแน่นของจุดบกพร่อง พร้อมทั้งเพิ่มความนำไฟฟ้าและความสม่ำเสมอของชั้นรอยต่อ ส่งผลให้การแยกและเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้ามีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น อีกทั้งยังสามารถยับยั้งการรวมตัวของประจุได้อย่างมีประสิทธิผล

จากการใช้วัสดุใหม่นี้ เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ที่พัฒนาขึ้นโดยทีมวิจัยสามารถทำประสิทธิภาพในห้องปฏิบัติการได้สูงถึงร้อยละ 21 และได้รับการรับรองที่ร้อยละ 20.8 ซึ่งนับเป็นสถิติสูงสุดที่ได้รับการรับรองในสาขานี้

ไช่ระบุ วัสดุใหม่นี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่น โดยสามารถรองรับความต้องการของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ สิ่งทออัจฉริยะ และเครื่องชาร์จพกพา ที่ต้องการแหล่งพลังงานที่มีน้ำหนักเบาและสามารถโค้งงอได้

เธอกล่าวว่า ด้วยความเสถียรต่อแสงและความแข็งแรงทางกลที่โดดเด่น วัสดุชั้นรอยต่อนี้ มีศักยภาพสูงในการเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการใช้งานในอวกาศ อากาศยานไร้คนขับ และสภาพแวดล้อมสุดขั้ว อีกทั้งยังเป็นทางออกสำคัญสำหรับการวิจัยและพัฒนาพลังงานยั่งยืนในอนาคต 

(ที่มา: https://www.xinhuathai.com/silkroad/527562_20250807 , https://en.imsilkroad.com/p/346984.html)