ญี่ปุ่นพัฒนาแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถ “ตรวจจับ” สนามแม่เหล็กได้

เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่ก้าวล้ำของญี่ปุ่นปัจจุบันสามารถ "ระบุ" สนามแม่เหล็ก และสามารถเปิด/ปิด หรือปรับความสามารถในการผลิตไฟฟ้าตามต้องการได้อย่างยืดหยุ่น

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการประกาศในญี่ปุ่นเมื่ออุปกรณ์ต้นแบบสามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยอิทธิพลของสนามแม่เหล็กภายนอก แทนที่จะใช้รอยต่อ p–n แบบดั้งเดิม เซลล์ใหม่นี้ใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์โฟโตวอลตาอิกจำนวนมากในโครงสร้างแบบ "ซ้อนกัน" ระหว่างวัสดุสองชนิด ได้แก่ ชั้นเซมิคอนดักเตอร์สองมิติของ MoS2 และชั้นวัสดุแม่เหล็กของ CrPS2

ภาพประกอบผลการทดลองโฟโตวอลตาอิคที่ควบคุมปริมาตรด้วยสนามแม่เหล็ก ภาพถ่าย: ห้องปฏิบัติการมัตสึดะ มหาวิทยาลัยเกียวโต

ภายใต้สภาพแสงปกติ แบตเตอรี่จะทำงานเหมือนเซลล์โฟโตวอลตาอิคขนาดใหญ่ โดยแปลงแสงเป็นไฟฟ้า เมื่อมีการใช้สนามแม่เหล็กกับพื้นผิวของแบตเตอรี่ เช่น โดยการวางแม่เหล็กหรือขดลวดสร้างสนามไว้ใกล้กับอุปกรณ์ ความเข้มของกระแสไฟจะเปลี่ยนแปลงทันที โดยเพิ่มขึ้น ลดลง หรือปิดลงโดยสมบูรณ์

คุณลักษณะนี้ช่วยให้สามารถปรับกำลังไฟขาออกได้แบบเรียลไทม์โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ควบคุมเพิ่มเติม เช่น ไดโอดหรือทรานซิสเตอร์

กระบวนการผลิตเกี่ยวข้องกับการลอกแผ่น MoS2 และ CrPS2 ออกจากผลึกจำนวนมากด้วยกลไก ตามด้วยเทคนิคการถ่ายโอนแบบแห้งเพื่อประกอบทั้งสองชั้นเข้าด้วยกันอย่างแม่นยำในโครงสร้างแวนเดอร์วาลส์ อุปกรณ์สำเร็จรูปจะได้รับการส่องสว่างและคุณสมบัติทางไฟฟ้าจะถูกวัดภายใต้ความเข้มของสนามแม่เหล็กต่างๆ

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นไม่เพียงแต่ว่าประสิทธิภาพการแปลงแสงจะสูงกว่าขีดจำกัดสมดุลของเซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังแสดงให้เห็นว่าสามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าได้อย่างยืดหยุ่นโดยเพียงแค่เปลี่ยนสนามแม่เหล็กอีกด้วย

ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของเทคโนโลยีนี้คือความเรียบง่ายและความยืดหยุ่นในการออกแบบ โดยไม่ต้องใช้วงจรควบคุมที่ซับซ้อน แผงจึงบาง น้ำหนักเบา และโค้งงอได้ง่ายเพื่อติดกับพื้นผิวกระจก หลังคา หรือแม้แต่ตัวเครื่องอุปกรณ์พกพา

การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ ได้แก่ เซ็นเซอร์ที่สร้างพลังงานได้ด้วยตัวเอง ไม้ประหยัดพลังงาน กระจกอัจฉริยะที่ควบคุมพลังงานได้ด้วยตัวเอง และอุปกรณ์ Internet of Things หลายๆ อย่างที่ต้องใช้แบตเตอรี่แบบบางพิเศษ

เทคโนโลยีการควบคุมกระแสไฟฟ้าด้วยสนามแม่เหล็กยังรับประกันประสิทธิภาพการทำงานที่ดีขึ้นในสภาพแสงน้อยหรือสภาพที่กระจัดกระจาย การรวมเอฟเฟกต์ของเซลล์แสงอาทิตย์จำนวนมากเข้ากับความสามารถในการปรับแต่งสนามแม่เหล็กจะเปิดโอกาสให้เอาชนะข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันได้

ต้นแบบดังกล่าวยังอยู่ในขั้นตอนการทดลองในห้องปฏิบัติการ แต่การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ได้รับความสนใจจากสถาบันวิจัยและธุรกิจระหว่างประเทศหลายแห่ง การทดลองเพิ่มเติมจะเน้นที่การปรับปรุงวัสดุให้เหมาะสม ขยายช่วงอุณหภูมิการทำงานและสนามแม่เหล็ก โดยมีเป้าหมายเพื่อการผลิตในปริมาณมากภายใน 5-10 ปีข้างหน้า

ในเวียดนาม ซึ่งกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์กำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว เทคโนโลยีดังกล่าวอาจนำมาซึ่งประโยชน์ในทางปฏิบัติได้ แผงโซลาร์เซลล์ที่ควบคุมด้วยแม่เหล็กสามารถติดตั้งเข้ากับหลังคา หน้าต่าง หรือสถานีชาร์จแบบเคลื่อนที่ได้อย่างง่ายดาย เมื่อกริดแบบกระจาย (สมาร์ทกริด) จำเป็นต้องปรับสมดุลพลังงาน แบตเตอรี่จะตัดการเชื่อมต่อโดยอัตโนมัติเมื่อมีพลังงานเกิน หรือเพิ่มกำลังการผลิตเพื่อชดเชยโหลดเมื่อจำเป็น ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียพลังงานในการส่งไฟฟ้าและปรับปรุงเสถียรภาพของระบบ

แบตเตอรี่ควบคุมด้วยแม่เหล็กไม่เพียงแต่จำกัดเฉพาะการใช้งานในเชิงพลเรือนเท่านั้น แต่ยังเหมาะสำหรับโครงการพลังงานที่ใช้ในการวิจัย เซ็นเซอร์ด้านสิ่งแวดล้อม หรือโดรนอัตโนมัติที่ต้องการแหล่งพลังงานที่มีความยืดหยุ่น ความสามารถในการเปิด/ปิดกระแสไฟฟ้าได้ทันทีโดยใช้สนามแม่เหล็กนั้นรับประกันได้ว่าจะสร้าง "แบตเตอรี่อัจฉริยะ" รุ่นใหม่ ซึ่งสอดคล้องกับเทรนด์โลกสีเขียวและดิจิทัล

เมื่อเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ควบคุมด้วยแม่เหล็กถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์แล้ว เทคโนโลยีดังกล่าวจะถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในอุตสาหกรรมพลังงานหมุนเวียน ตั้งแต่แผงโซลาร์เซลล์แบบพาสซีฟไปจนถึงอุปกรณ์พลังงาน “แอ็คทีฟ” ที่โต้ตอบกับสิ่งแวดล้อม นี่คือหลักการสำคัญสำหรับเมืองอัจฉริยะ อาคารพลังงานที่ควบคุมตัวเองได้ และชุดแอปพลิเคชันในอนาคตที่จะช่วยสร้างระบบนิเวศพลังงานที่ยั่งยืน

ที่มา: https://khoahocdoisong.vn/nhat-ban-phat-trien-pin-nang-luong-mat-troi-nhan-dien-tu-truong-post1551512.html