มจธ.พัฒนานวัตกรรมเซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นได้สำเร็จ

มจธ.พัฒนานวัตกรรมเซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นได้สำเร็จ ประสิทธิภาพโซลาร์เซลล์เพอรอฟสไกท์แตะระดับ 21% ถือว่าเข้าใกล้เทคโนโลยีแนวหน้าของโลกที่อยู่ราว 26-27 สะท้อนไทยมีศักยภาพขยับจาก “ผู้ซื้อเทคโนโลยี” สู่การเป็น “ผู้สร้างเทคโนโลยีต้นน้ำ” ปูทางความมั่นคงด้านพลังงานสะอาดของประเทศไทย

 ปัจจุบัน “โซลาร์เซลล์” นับเป็นหนึ่งในทางเลือกสำคัญของครัวเรือน และภาคธุรกิจในประเทศไทยที่ต้องการลดต้นทุนพลังงานในยุคที่โลกกำลังเผชิญวิกฤตพลังงาน น้ำมัน และก๊าซธรมชาติ ที่ดูเหมือนจะเป็นทางออกที่สามารถทดแทนกันได้ในระดับที่น่าพอใจ

แต่เมื่อโซลาร์เซลล์เกือบทั้งหมดที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้ต้องนำเข้าจากต่างประเทศ จึงทำให้เกิดคำถามใหญ่กว่าตามมาก็คือประเทศไทยเราความมั่นคงทางพลังงานหรือไม่? หากโลกเกิดภาวะวิกฤต ห่วงโซ่อุปทานสะดุด หรือประเทศผู้ผลิตเก็บเทคโนโลยีไว้ใช้เองไม่ส่งออก ประเทศไทยที่เป็นเพียง “ผู้ซื้อเทคโนโลยี” จะเหลือทางเลือกจำกัด

นี่คือโจทย์สำคัญที่ทำให้งานวิจัย “นวัตกรรมเซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่น: การปรับสภาพผิวแบบสองมิติเพื่อประสิทธิภาพและความคงทนในเทคโนโลยีเพอรอฟสไกท์” ริเริ่มขึ้นโดย ผศ. ดร.นพพร รุจิสัมพันธ์ หัวหน้าห้องปฏิบัติการ Interface & Surface Characterization หรือ ISC คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.)

ถือเป็นจุดเริ่มต้นของความพยายามให้ประเทศไทยขยับจาก “ผู้ใช้เทคโนโลยีพลังงานสะอาด” ไปสู่ “ผู้สร้างเทคโนโลยี” ด้วยองค์ความรู้ของตนเอง

จุดเด่นของ “เพอรอฟสไกท์โซลาร์เซลล์”

“เพอรอฟสไกท์โซลาร์เซลล์มีข้อดีคือ น้ำหนักเบา มีความยืดหยุ่น และสามารถผลิตได้ด้วยกระบวนการทางเคมีที่ไม่ซับซ้อน (เช่น การพิมพ์หรือการฉีดพ่น) ดังนั้นจึงไม่มีข้อจำกัดการใช้งานอยู่แค่บนหลังคาหรือพื้นที่ราบเหมือนโซลาร์เซลล์แบบเดิม แต่สามารถนำไปติดตั้งบนพื้นผิวได้หลากหลาย และจัดทรงตามที่ต้องการได้ เช่น กระจกอาคาร ผนัง พื้นผิวโค้งของยานพาหนะ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เซนเซอร์ IoT หรือแม้แต่อุปกรณ์สวมใส่ในอนาคต”

ผศ. ดร.นพพร อธิบายจุดเด่นของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใหม่นี้ที่ทั่วโลกให้ความสนใจพร้อมทั้งเน้นย้ำถึงจุดเด่นสำคัญคือเซลล์ชนิดนี้เป็นเทคโนโลยีนี้ไม่ได้ผลิตไฟฟ้าได้เฉพาะจากแสงแดดกลางแจ้งเท่านั้น หากแต่ยังมีศักยภาพในการผลิตไฟฟ้าจากการรับแสงภายในอาคาร หรือแสงจากหลอดไฟ LED ทำให้เหมาะกับอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ต้องใช้พลังงานต่อเนื่อง เช่น เซนเซอร์อัจฉริยะและอุปกรณ์ IoT ต่าง ๆ

“เป้าหมายของเราคือพัฒนาให้เทคโนโลยีนี้ใช้งานได้จริง มีประสิทธิภาพ และมีความเสถียรมากพอสำหรับต่อยอดในอนาคต” ผศ. ดร.นพพร กล่าวในที่สุด

ดังนั้นการที่งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับรางวัลการวิจัยแห่งชาติ และรางวัลผลงานคุณภาพ NRCT Quality Achievement Award ประจำปีงบประมาณ 2569 ย่อมสะท้อนถึงศักยภาพของนักวิจัยไทยในการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ขั้นสูง โดยเฉพาะ “เพอรอฟสไกท์โซลาร์เซลล์” ได้เป็นอย่างดี

“เพอรอฟสไกท์โซลาร์เซลล์” ทำงานอย่างไร?

หลักการทำงานของเพอรอฟสไกท์โซลาร์เซลล์ คือการเปลี่ยน “พลังงานแสง” ให้เป็น “พลังงานไฟฟ้า” ผ่านวัสดุพิเศษที่เรียกว่า เพอรอฟสไกท์ เมื่อแสงตกกระทบบนชั้นวัสดุชนิดนี้ วัสดุจะดูดซับพลังงานและสร้างประจุไฟฟ้าขึ้น จากนั้นโครงสร้างภายในเซลล์ที่ซ้อนกันเป็นชั้น ๆ คล้าย “ขนมชั้น” จะช่วยแยกและลำเลียงประจุไฟฟ้าไปยังขั้วไฟฟ้า ก่อนส่งออกมาเป็นกระแสไฟฟ้าที่นำไปใช้งานได้ โดยชั้นเพอรอฟสไกท์ทำหน้าที่เป็นแกนกลางในการดูดซับแสง ส่วนชั้นวัสดุอื่น ๆ ทำหน้าที่พาประจุไฟฟ้าให้เดินทางอย่างมีประสิทธิภาพ

“หัวใจสำคัญของงานวิจัยนี้อยู่ที่เทคนิค “การปรับสภาพผิวแบบสองมิติ” หรือ Surface Passivation ซึ่งเป็นการแก้ปัญหาตำหนิเล็ก ๆ บนพื้นผิววัสดุระดับจุลภาค เพราะตำหนิเหล่านี้อาจทำให้ประจุไฟฟ้าสูญเสียไประหว่างทาง ส่งผลให้ประสิทธิภาพและความทนทานของเซลล์ลดลง เทคนิคนี้เปรียบเสมือนการ “ซ่อมถนนระดับนาโน” เพื่อให้ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ได้ราบรื่นขึ้น ลดการสูญเสียพลังงาน และทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าได้ดีขึ้น เสถียรขึ้น และมีโอกาสต่อยอดจากห้องปฏิบัติการไปสู่การใช้งานจริงในอนาคต” ผศ. ดร.นพพร เล่าถึงเทคนิคสำคัญของงานวิจัย

ปัจจุบันทีมวิจัย มจธ. สามารถพัฒนาประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์เพอรอฟสไกท์ขึ้นมาแตะระดับ 21% ซึ่งถือว่าเข้าใกล้เทคโนโลยีระดับแนวหน้าของโลกที่อยู่ราว 26–27% จากการต่อยอดองค์ความรู้ด้วยตนเองอย่างต่อเนื่องมากกว่า 10 ปี อย่างไรก็ตาม งานวิจัยนี้ยังไม่ได้อยู่ในขั้นผลิตเชิงพาณิชย์ทันที แต่ยังอยู่ในระดับความพร้อมทางเทคโนโลยี TRL 4 หรือขั้นการวัดและทดสอบในห้องปฏิบัติการ ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญก่อนพัฒนาไปสู่การทดสอบในสภาพใช้งานจริงและการขยายผลเชิงอุตสาหกรรมต่อไป

เป้าหมายคือการวางรากฐานให้ไทยมีเทคโนโลยีพลังงานสะอาด

ความสำเร็จดังกล่าวมีความหมายมากกว่าเรื่องประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ เพราะสะท้อนว่า ประเทศไทยมีศักยภาพที่จะขยับจากการเป็นเพียง “ผู้ซื้อเทคโนโลยี” ไปสู่การเป็น “ผู้สร้างเทคโนโลยีต้นน้ำ” ในอุตสาหกรรมพลังงานสะอาด ซึ่งจะช่วยเพิ่มอำนาจต่อรอง ลดความเสี่ยงจากวิกฤตพลังงาน และลดความเปราะบางจากการพึ่งพาห่วงโซ่อุปทานพลังงานของโลกในระยะยาว

“เป้าหมายของเราไม่ใช่แค่ทำให้งานวิจัยได้รับรางวัลหรือได้รับการตีพิมพ์ แต่คือการวางรากฐานให้ประเทศไทยมีเทคโนโลยีพลังงานสะอาดที่พัฒนาได้เอง เพราะประเทศที่สร้างเทคโนโลยีเองได้ ย่อมมีอำนาจต่อรองมากกว่าประเทศที่เป็นเพียงผู้ซื้อ เทคโนโลยีนี้ยังสามารถต่อยอดไปสู่การใช้งานจริงในชีวิตประจำวัน ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ IoT อุปกรณ์สวมใส่ หรือเทคโนโลยีพลังงานยุคใหม่ ซึ่งทั้งหมดนี้คือก้าวสำคัญของการสร้างความมั่นคงทางพลังงานที่ยั่งยืนด้วยฝีมือคนไทย” ผศ. ดร.นพพร กล่าวทิ้งท้าย