เพิ่มประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์มากกว่า 10% ด้วยนาโนเทคโนโลยี

ทีมนักวิจัยได้ปรับปรุงโครงสร้างนาโนในเซลล์แสงอาทิตย์ เพิ่มประสิทธิภาพมากกว่า 10% และเปิดการใช้งานใหม่ๆ สำหรับเทคโนโลยีพลังงานสะอาด

ทีมวิจัยจาก สถาบัน วิทยาศาสตร์กายภาพเหอเป่ย ภายใต้ สถาบันวิทยาศาสตร์ แห่งชาติจีน เพิ่งประกาศวิธีการใหม่ในการเพิ่มประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์มากกว่า 10% ด้วยการปรับปรุงโครงสร้างนาโนของวัสดุโฟโตวอลตาอิกส์

ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคนิคเพื่อปรับระยะห่างระหว่างนาโนแท่งไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) โดยไม่เปลี่ยนแปลงขนาดของแต่ละแท่ง นาโนแท่งผลึกเดี่ยวเหล่านี้ขึ้นชื่อในด้านการดูดซับแสงและการนำไฟฟ้า และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในเซลล์แสงอาทิตย์ เซ็นเซอร์ และตัวเร่งปฏิกิริยาทางแสง

โครงสร้างนาโนแท่งไททาเนียมไดออกไซด์ที่มีระยะห่างที่ปรับได้ช่วยเพิ่มความสามารถในการดักจับแสงและปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานในเซลล์แสงอาทิตย์

ปัญหาทางเทคนิคก่อนหน้านี้คือการปรับความหนาแน่นของนาโนร็อดมักทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลางพร้อมกัน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมงานได้ขยายระยะไฮโดรไลซิสในระหว่างการสร้างฟิล์มสารตั้งต้น การขยายระยะนี้ส่งผลให้เกิดสายเจลที่ยาวขึ้น ส่งผลให้อนุภาคอะนาเทสมีขนาดเล็กลง เมื่อฟิล์มอะนาเทสผ่านกระบวนการไฮโดรเทอร์มอล อนุภาคเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนเป็นรูไทล์ ณ จุดกำเนิด ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการเติบโตของนาโนร็อด

ด้วยวิธีนี้ ทีมงานจึงสามารถสร้างฟิล์ม TiO₂ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความสูงของแท่งนาโนคงที่ ในขณะที่ยังคงควบคุมความหนาแน่นของการกระจายตัว เมื่อนำฟิล์มเหล่านี้ไปผสมกับเซลล์แสงอาทิตย์ CuInS₂ (ผ่านกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำ) ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานจะสูงถึง 10.44%

เพื่ออธิบายกลไกการทำงาน ผู้เขียนได้เสนอแบบจำลอง “ปริมาตร-พื้นผิว-ความหนาแน่น” ซึ่งวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของแท่งนาโนกับความสามารถในการดูดซับแสง แยกกระแสไฟฟ้า และกู้คืนพาหะ แบบจำลองนี้แสดงให้เห็นว่าการปรับระยะห่างระหว่างเสานาโนไม่เพียงแต่ส่งผลต่อทัศนศาสตร์เท่านั้น แต่ยังช่วยลดการสูญเสียพลังงาน เพิ่มความสามารถในการเก็บประจุ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของอุปกรณ์

นอกจากการประยุกต์ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์แล้ว เทคนิคนี้ยังเปิดโอกาสในสาขาออปโตอิเล็กทรอนิกส์และการเร่งปฏิกิริยา ซึ่งโครงสร้างนาโนมีบทบาทสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงาน ด้วยการควบคุมกระบวนการสร้างโครงสร้างในระดับจุลภาค วิธีการใหม่นี้จึงมีส่วนสำคัญในการพัฒนาวัสดุประสิทธิภาพสูง โดยไม่จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการผลิตที่ซับซ้อนหรือมีราคาแพง

การศึกษาครั้งนี้ไม่เพียงแต่นำเสนอแนวทางแก้ไขสำหรับการปรับปรุงเซลล์แสงอาทิตย์เท่านั้น แต่ยังนำเสนอระบบที่สมบูรณ์ซึ่งเชื่อมโยงเงื่อนไขการผลิต กระบวนการก่อตัวของโครงสร้างจุลภาค และการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์ ซึ่งถือเป็นการสนับสนุนที่สำคัญต่อเทคโนโลยีพลังงานสะอาดในอนาคต

ที่มา: https://khoahocdoisong.vn/tang-hieu-suat-pin-mat-troi-len-hon-10-nho-cong-nghe-nano-post1555380.html