งานวิจัยใหม่เปลี่ยนความร้อนเป็นแสงเพื่อทำให้โซลาร์เซลล์มีประสิทธิภาพสูงถึง 80%

ปัจจุบันนี้แผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้ผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ซึ่งถือว่าเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่ทันสมัยยังประสบปัญหาข้อจำกัดเรื่องประสิทธิภาพที่ทำได้ไม่เกิน 25% เท่านั้น แต่ในงานวิจัยล่าสุดนักวิจัยใช้แนวคิดที่แตกต่างพัฒนาอุปกรณ์ใหม่ที่อาจสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์ให้สูงขึ้นถึง 80%

ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์อยู่ที่ยังไม่สามารถนำเอาพลังงานส่วนใหญ่เกือบ 80% ของแสงอาทิตย์ซึ่งสูญเสียไปในรูปของความร้อนมาแปลงเป็นไฟฟ้าได้ จึงมีการวิจัยพัฒนานำเอาความร้อนที่ต้องทิ้งไปนี้มาใช้ประโยชน์มากมาย อย่างเช่นงานวิจัยก่อนหน้านี้นักวิจัยได้พัฒนาโซลาร์เซลล์ชนิดใหม่ที่สามารถผลิตน้ำสะอาดได้ด้วยแบบทูอินวันโดยใช้ความร้อนเหลือทิ้งจากโซลาร์เซลล์ เป็นต้น

ทีมวิจัยที่มหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University) ในรัฐเทกซัส สหรัฐอเมริกามีแนวคิดที่แตกต่างออกไป พวกเขาคิดค้นวิธีที่สามารถเปลี่ยนให้ความร้อนเหลือทิ้งเหล่านั้นให้กลายเป็นแสง จากนั้นค่อยเปลี่ยนแสงให้เป็นไฟฟ้า ด้วยเทคนิคนี้โซลาร์เซลล์จะมีประสิทธิภาพเพิ่มสูงขึ้นอีกหลายเท่าตัว

“โฟตอนความร้อนก็คือโฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาจากวัตถุร้อน” Junichiro Kono หนึ่งในทีมวิจัยกล่าว “ถ้าคุณมองไปที่วัตถุร้อนด้วยกล้องอินฟราเรด คุณจะเห็นมันเรืองแสง กล้องกำลังจับภาพของโฟตอนความร้อนเหล่านั้นอยู่”

รังสีอินฟราเรดหรือรังสีความร้อนเป็นส่วนหนึ่งของแสงอาทิตย์ มันมองไม่เห็นด้วยตาเปล่าแต่อยู่ในสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเดียวกับแสง คลื่นวิทยุ และรังสีเอ็กซ์ รังสีอินฟราเรดถูกปล่อยออกมาได้จากเตาไฟ กองไฟ หรือแม้กระทั่งจากแมวที่นอนอยู่บนตักของคุณ ทุกสิ่งทุกอย่างที่ปล่อยความร้อนคือการปล่อยรังสีอินฟราเรด

“แต่ปัญหาคือรังสีความร้อนเป็นแถบความถี่กว้าง” Gururaj Naik ทีมวิจัยอีกคนกล่าว “ขณะที่การแปลงแสงให้เป็นไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูงเฉพาะในช่วงที่ความถี่แคบเท่านั้น ความท้าทายก็คือการบีบโฟตอนแถบกว้างให้เป็นแถบแคบได้อย่างไร”

ในงานวิจัยหนึ่งที่ดำเนินการโดยหนึ่งในทีมงานวิจัยนี้พบว่าประมาณ 20% ของการใช้พลังงานในภาคอุตสาหกรรมของสหรัฐอเมริกาเป็นความร้อนเหลือทิ้งซึ่งเทียบเท่ากับปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ในรัฐเท็กซัส 3 ปี และนั่นเป็นแรงจูงใจอย่างหนึ่งของงานวิจัยชิ้นนี้

ทีมวิจัยได้ออกแบบฟิล์มที่อัดแน่นด้วยท่อนาโนคาร์บอน (Carbon nanotubes) เพื่อทำหน้าที่บีบให้รังสีความร้อนที่มีความถี่แถบกว้างให้เป็นแถบแคบ คุณสมบัติพิเศษของท่อนาโนนี้คือไม่ว่าโฟตอนจะเข้ามาที่มันจากทิศทางไหนก็ตามจะสามารถออกไปได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น ทำให้ฟิล์มพิเศษนี้สามารถดูดซับรังสีความร้อนที่กระจัดกระจายและเปลี่ยนให้เป็นโฟตอนแถบแคบได้ กระบวนการนี้จะเปลี่ยนความร้อนให้กลายเป็นแสง และเมื่อเป็นแสงก็สามารถเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าได้อย่างง่ายดายและมีประสิทธิภาพสูง

ในการทดลองเพื่อพิสูจน์แนวคิดทีมวิจัยได้พัฒนาฟิล์มท่อนาโนคาร์บอนที่สามารถทนความร้อนได้ถึง 700 องศาเซลเซียส จากนั้นให้อุปกรณ์ไปอยู่ใต้แหล่งความร้อนเพื่อยืนยันว่าได้ผลจริง และพบว่าฟิล์มนี้สามารถลดความกว้างของแถบโฟตอนความร้อนทำให้เกิดแสงได้จริง

ขั้นตอนต่อไปในการวิจัยคือการรวบรวมแสงเหล่านี้โดยใช้แผงโซลาร์เซลล์และแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อยืนยันประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นตามที่พวกเขาได้คาดการณ์เอาไว้

“ด้วยการบีบพลังงานความร้อนเหลือทิ้งทั้งหมดให้เป็นแถบสเปกตรัมแคบๆ เราสามารถเปลี่ยนมันเป็นไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ” Naik กล่าว “การคาดการณ์ทางทฤษฎีคือเราสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 80%”

 

ภาพและข้อมูลจาก archynewsy, sciencealert