พลังงานแสงอาทิตย์เป็นรูปแบบของพลังงานที่ราคาถูกที่สุดและเข้าถึงได้ง่ายที่สุด และตอนนี้ พลังงานแสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพยิ่งกว่าที่เคย โดยนักวิทยาศาสตร์จากบริษัทเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ชั้นนำของจีนอย่างบริษัท ลอนจี กรีน เอเนอร์จี เทคโนโลยี จำกัด (LONGi Green Energy Technology Co., Ltd) ได้พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใหม่ที่สามารถพลิกโฉมการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานหมุนเวียนทั่วโลก โดยเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใหม่นี้ ใช้วัสดุเดียวกับ 95% ของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน แต่มีสมรรถนะที่ดีกว่ามาก ด้วยประสิทธิภาพสูงถึง 26.81% ซึ่งนวัตกรรมนี้ยิ่งตอกย้ำบทบาทสำคัญของเซลล์แสงอาทิตย์ในการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงาน ทั้งนี้ ผลการวิจัยดังกล่าวยังได้รับการเผยแพร่เมื่อวันที่ 4 พฤษภาคม ที่ผ่านมา ผ่านการตีพิมพ์โดย วารสารเนเจอร์ เอเนอร์จี (Nature Energy)

กุญแจสำคัญของความก้าวหน้า

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญนี้เป็นผลมาจากความร่วมมือระหว่างประเทศที่ไม่เหมือนใครระหว่างลอนจี หนึ่งในผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์คุณภาพสูงสุดชั้นนำระดับโลก กับมหาวิทยาลัยซุนยัตเซ็น (Sun Yat-Sen University หรือ SYSU) และมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์ (Delft University of Technology หรือ TU Delft) โดยทีมวิจัยได้ยกระดับประสิทธิภาพการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยการใช้ “นาโนคริสตัลไลน์ซิลิคอน โฮล คอนแทกต์ เลเยอร์” (nanocrystalline-silicon hole contact layer) ที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมาก โดยเป็นที่ทราบอยู่แล้วว่าเลเยอร์ดังกล่าวมีความเป็นไปได้ในทางทฤษฎี แต่ความสำเร็จในการนำมาใช้งานจริงยังไม่เคยมีมาก่อน

ก้าวกระโดดครั้งยิ่งใหญ่

เลเยอร์ชนิดใหม่นี้สามารถถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าโดยมีความต้านทานน้อยกว่ามาก ส่งผลให้มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงกว่าเซลล์แสงอาทิตย์อื่น ๆ ที่ทำจากคริสตัลไลน์ซิลิคอน คณะนักวิจัยที่ลอนจีได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่นี้โดยอิงแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนมาตรฐานเกรดอุตสาหกรรม ทำให้เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ในการผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้แทบจะในทันที และสมรรถนะของเซลล์นับได้ว่าดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีเดิม ๆ นับเป็นก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในแง่ของประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่เพิ่มขึ้นถึง 1.5% “ประสิทธิภาพเช่นนี้เหนือกว่าเซลล์แสงอาทิตย์คริสตัลไลน์ซิลิคอนอื่นใดเท่าที่เคยมีมาจนถึงปัจจุบัน ซึ่งมีสัดส่วนมากกว่า 95% ของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตทั่วโลก” คุณซีเซียง สวี่ (Xixiang Xu) รองประธานสถาบันวิจัยและพัฒนากลางลอนจี (LONGi Central R&D Institute) กล่าว

เหนือกว่าการเคลือบผิวแบบพาสซิเวชัน

คณะนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยซุนยัตเซ็นมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการวิเคราะห์และศึกษาการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านเลเยอร์ชนิดใหม่นี้ โดยทีมวิจัยได้ศึกษาเซลล์ที่มีเลเยอร์ดังกล่าวเปรียบเทียบกับเซลล์ที่ไม่มี และพบว่าเซลล์ที่มีเลเยอร์ชนิดใหม่นี้สามารถนำไฟฟ้าได้ดีกว่า เพราะมีพลังงานก่อกัมมันต์ (Activation Energy) ต่ำ เมื่อวางในตำแหน่งที่เหมาะสมพอดี ขณะที่กระบวนการออเจร์แบบบัลก์ (Bulk Auger Process) จะค่อย ๆ มีบทบาทนำมากขึ้น เมื่อการกลับมารวมตัวกันของอิเล็กตรอนและโฮลบนพื้นผิว (Surface Recombination) ลดลงในเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบเฮเทอโรจังก์ชัน (Heterojunction) ที่มีการเคลือบผิวแบบพาสซิเวชัน (Surface Passivation) กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ คุณภาพจากการพาสซิเวชันพื้นผิวนั้นมีสูงมาก จึงทำให้สามารถยกระดับค่าฟิลแฟกเตอร์ (Fill Factor) และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานได้ “การศึกษาเกี่ยวกับซิลิคอน โฮล คอนแทกต์ เลเยอร์ ที่มีพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำนั้น เกิดขึ้นอย่างถูกจังหวะเวลาและมีความสำคัญอย่างยิ่ง งานของเราถือเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ในการสำรวจสมรรถนะด้านไฟฟ้าของโฮล คอนแทกต์ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบเฮเทอโรจังก์ชัน ไฮบริด และชนิดที่ใช้ซิลิคอนทั้งหมด” ศาสตราจารย์ ผิงฉี เกา (Pingqi Gao) จากมหาวิทยาลัยซุนยัตเซ็น กล่าว ทั้งนี้ สถาปัตยกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ดังกล่าวจะช่วยให้เกิดการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น ด้วยโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ความมุ่งมั่นอย่างแรงกล้าในด้านฟิสิกส์สารกึ่งตัวนำ

การสร้างแบบจำลองที่ก้าวล้ำโดยฝีมือของคณะนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์ มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการทำให้นวัตกรรมนี้กลายเป็นรูปธรรม ด้วยแบบจำลองใหม่นี้ ทีมวิจัยสามารถจำลองรายละเอียดของกำแพงพลังงาน (Energy Barrier) ตามรอยต่อด้านหลังของเซลล์แสงอาทิตย์ของลอนจี ทำให้สามารถวิเคราะห์เส้นทางของโฮลได้ ก่อเกิดเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีสมรรถนะยอดเยี่ยม “เรายินดีอย่างยิ่งที่ได้เห็นการใช้งานในพื้นที่จริงขนาดใหญ่ หลังจากที่เราเคยพยากรณ์ในทางทฤษฎีไว้แล้วว่าจะเป็นการผสมผสานที่ดีที่สุดของคุณสมบัติวัสดุ เพื่อสร้างโฮล คอนแทกต์ เลเยอร์ สำหรับการขนส่งโฮลที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้” คุณพอล โพรเซล (Paul Procel) นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์ กล่าว ขณะเดียวกัน ศาสตราจารย์ โอลินโด อิซาเบลลา (Olindo Isabella) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์ กล่าวเสริมว่า “เรารู้สึกทึ่งกับสมรรถนะอันเหนือชั้นในแง่ของเลเยอร์แบบบางพิเศษ ประกอบกับการควบคุมคุณสมบัติด้านแสงและไฟฟ้าได้อย่างดีเยี่ยม การสร้างแบบจำลองเซลล์แสงอาทิตย์ของลอนจีช่วยขยายขอบเขตของเซลล์แสงอาทิตย์คริสตัลไลน์ซิลิคอนในอุดมคติตามนิยามของเรา”

เกี่ยวกับลอนจี

ลอนจี (LONGi) ก่อตั้งขึ้นในปี 2543 โดยมุ่งมั่นที่จะก้าวขึ้นเป็นบริษัทเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ชั้นนำระดับโลก ลอนจีมุ่งเน้นไปที่การสร้างคุณค่าโดยมีความต้องการของลูกค้าเป็นตัวขับเคลื่อน เพื่อการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานอย่างเต็มรูปแบบ พันธกิจของลอนจีคือ “การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ให้ได้มากที่สุดเพื่อสร้างโลกสีเขียว” บริษัทอุทิศตนเพื่อสร้างสรรค์นวัตกรรมทางเทคโนโลยี โดยได้ก่อตั้งธุรกิจขึ้นมาห้าภาคส่วน ประกอบด้วยเซลล์และโมดูลเวเฟอร์โมโนคริสตัลไลน์ซิลิคอน โซลูชันพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจายศูนย์เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม โซลูชันพลังงานสีเขียว และอุปกรณ์ไฮโดรเจน ทั้งนี้ บริษัทได้ขยายขีดความสามารถในการจัดหาพลังงานสีเขียวอย่างต่อเนื่อง โดยเมื่อไม่นานมานี้ได้นำโซลูชันและผลิตภัณฑ์ไฮโดรเจนสีเขียวมาประยุกต์ใช้เพื่อสนับสนุนเป้าหมายคาร์บอนเป็นศูนย์ทั่วโลก สามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ www.longi.com

เกี่ยวกับมหาวิทยาลัยซุนยัตเซ็น

มหาวิทยาลัยซุนยัตเซ็น (Sun Yat-Sen University หรือ SYSU) เป็นมหาวิทยาลัยวิจัยของรัฐที่มีความสำคัญในระดับชาติ ตั้งอยู่ในนครกว่างโจว มณฑลกวางตุ้ง ประเทศจีน ก่อตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2467 โดยซุนยัตเซ็น นักปฏิวัติและผู้ก่อตั้งสาธารณรัฐจีน มหาวิทยาลัยแห่งนี้มี 5 วิทยาเขตใน 3 เมือง ได้แก่ กว่างโจว จูไห่ และเซินเจิ้น รวมถึงมีโรงพยาบาลในเครือ 10 แห่ง มหาวิทยาลัยซุนยัตเซ็นอยู่ในโครงการมหาวิทยาลัยชั้นนำและหลักสูตรชั้นนำ (Double First Class University Plan), โปรเจกต์ 985 (Project 985) และโปรเจกต์ 211 (Project 211) ของทางการจีน ทั้งนี้ ภายในคณะวัสดุศาสตร์ วิทยาเขตเซินเจิ้น ศาสตราจารย์ ผิงฉี เกา ได้จัดตั้งกลุ่มวิจัยเทคโนโลยีออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืนขึ้นเมื่อเดือนพฤศจิกายน 2561 โดยมีหัวข้อวิจัยประกอบด้วยอุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์สมรรถนะสูง เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงและต้นทุนต่ำ วัสดุสำคัญสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่ยั่งยืน รวมถึงวัสดุ อุปกรณ์ และระบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์นวัตกรรมใหม่

เกี่ยวกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์ (Delft University of Technology หรือ TU Delft) ติดอันดับ 10 ในการจัดอันดับมหาวิทยาลัยโลกโดยคิวเอส (QS World University Rankings) สาขามหาวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี อีกทั้งยังเป็นมหาวิทยาลัยด้านเทคนิคที่เก่าแก่และมีขนาดใหญ่ที่สุดในเนเธอร์แลนด์ โดยเป็นสถาบันการศึกษาและวิจัยระดับแนวหน้าซึ่งประกอบด้วย 8 คณะ มีนักศึกษามากกว่า 26,000 คน และบุคลากรกว่า 6,000 คนที่ทุ่มเทให้กับวิทยาศาสตร์ การออกแบบ และเทคโนโลยี ทั้งนี้ ภายในคณะวิศวกรรมไฟฟ้า คณิตศาสตร์ และวิทยาการคอมพิวเตอร์ มีกลุ่มวิจัยวัสดุและอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งนำโดยศาสตราจารย์ โอลินโด อิซาเบลลา กลุ่มนี้มุ่งเน้นไปที่การออกแบบและประดิษฐ์เซลล์ โมดูล และระบบแสงอาทิตย์นวัตกรรมใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูง ด้วยความเข้าใจเชิงลึกในด้านฟิสิกส์อุปกรณ์และโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ โดยใช้การกำหนดคุณสมบัติและการสร้างแบบจำลองที่ล้ำสมัย