กระบวนการผลิตโซล่าเซลล์ชนิดเพอร์รอฟสไกต์แบบหลายชั้นทีละชั้นที่ควบคุมได้เป็นครั้งแรกของโลก ที่มีประสิทธิภาพและความทนทานความชื้นสูง

ที่มาและความสำคัญ:

เพอรอฟสไกต์เป็นวัสดุชนิดใหม่ที่สามารถนำมาผลิตเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง โดยสามารถผลิตจากสารละลาย ทำให้ต้นทุนการผลิตต่ำและยังสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของเซลล์แสงอาทิตย์ โดยเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของสารละลายตั้งต้นเพื่อให้มีคุณสมบัติต่างๆ เช่น มีความโปร่งแสง เพื่อนำไปใช้เป็นกระจกหน้าต่างที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ นอกจากนี้ ในการผลิตในเชิงอุตสาหกรรมกระบวนการฉีดพ่นเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่สำคัญที่สามารถผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีขนาดใหญ่ ในงานวิจัยนี้เราพัฒนากระบวนการ Sequential Spray Deposition (SSD) เพื่อสร้างฟิล์มเพอรอฟสไกต์ทีละชั้นทำให้เกิดเพอรอฟสไกต์หลายชั้นที่ควบคุมได้เป็นครั้งแรก เราแสดงถึงการทำงานของSSDโดยการสร้างฟิล์มเพอรอฟสไกต์สองชั้นจากเพอรอฟสไกต์ที่มีมิติต่างกัน โดยเคลือบเพอรอฟสไกต์กึ่งสองมิติที่มีเสถียรภาพสูงบนเพอรอฟสไกต์แบบสามมิติที่มีมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดี ด้วยกระบวนการ SSD ภายใต้สภาพอากาศทั่วไป (40 -50% RH) เรามารถสร้างเพอรอฟสไกต์ที่มีเสถียรภาพที่สูงและมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีไปพร้อมๆกัน กระบวนการ SSD สามารถเปิดเส้นทางใหม่สำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบเพอรอฟสไกต์ขนาดใหญ่ ภายใต้สภาพแวดล้อมทั่วไป ทำให้สามารถลดต้นทุนในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ดังกล่าว

การวิจัยครั้งนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง กลุ่มสาขาวิชาวัสดุศาสตร์และนวัตกรรมวัสดุ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ และการไฟฟ้าฝ่ายผลิต โดยมีศึกษาการสร้างแผ่นฟิล์มบางที่มีส่วนประกอบของสารกึ่งตัวนำชนิดเพอรอฟสไกต์ แบบมีสีและกึ่งโปร่งแสงที่มีสภาพพื้นผิวและสมบัติทางไฟฟ้าที่ดี สามารถสร้างเซลล์แสงอาทิตย์และทนกับสภาพอากาศเมืองไทยได้ และศึกษาการสร้างโซล่าเซลล์ชนิดเพอร์รอฟสไกต์แบบหลายชั้นต่อกันและควบคุมความหนาได้ในระดับนาโนมิเตอร์เป็นครั้งแรกของโลกด้วยกระบวนการขึ้นรูปแบบสเปรย์ที่ควบคุมจำนวนและขนาดของอนุภาคของเหลวจากหัวสเปรย์และความร้อนอย่างเหมาะสมทำให้อนุภาคของเหลวก่อตัวเป็นผลึกสารกึ่งตัวนำทันทีเมือสัมผัสกับแผ่นรองรับหรือชั้นเพอร์รอฟสไกต์ด่านล่าง ทีมวิจัยสร้างวัสดุเพอร์รอฟสไกต์ที่มีความทนทานความชื้นมากแต่สร้างไฟฟ้าได้ไม่ดีนักโดยควบคุมความหนาให้มีค่าน้อย ลงบนเพอร์รอฟสไกต์อีกชนิดที่ไม่ทนทานความชื้นแต่สร้างไฟฟ้าได้มากโดยควบคุมความหนาให้มีค่ามาก ผลลัพท์คือโซล่าเซลล์ที่ได้รับข้อดีจากทั้งสองชั้นที่ทั้งทนทานและสร้างไฟฟ้าได้ดี การบวนการใหม่นี้เปิดช่องทางสำหรับการพัฒนานวัตกรรมใหม่ๆต่อไปอีกมากกว่าเทคนิคที่มีในปัจจุบัน ทำให้สามารถพัฒนาโซล่าเซลล์หรือวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช็น เซนเซอร์ หรือ แอลอีดี ให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นหรือการใช้งานในรูปแบบใหม่ๆ เนื่องจากความน่าสนใจของงานวิจัยใจนี้ The Optical Society, USA ที่ Washington DC คัดเลือกงานข้างต้นไปแถลงข่าว นอกจากนั้นสื่อนานาชาติชื่อดังหลายแห่งได้นำไปเขียนข่าวมากมาย รวมทั้งสื่อดังระดับโลกอย่าง World Industrial Reporter และ Science Daily ทำให้เข้าถึงผู้อ่านกว่า 11.9 ล้านคนทั่วโลก เป็นการสร้างชื่อเสียงให้กับมหาวิทยาลัยมหิดลในวงกว้างจากผลงานวิจัยดังกล่าว เช่น ถูกถ่ายทำเป็นรายการพลังวิทย์คิดเพื่อคนไทย ออกอากาศวันที่ 15 กันยายน 2563 ทางช่อง Modern 9 MCOT HD มหาวิทยาลัยมหิดลได้ลงเกี่ยวกับงานวิจัยนี้ในมหิดลสาร เดือนกันยายน 2563 นอกจากนั้นคณะวิทยาศาสตร์ ม. มหิดล ได้เผยแพร่ผลงานวิจัยข้างต้นในรูปแบบต่างๆ สู่คนทั่วไปที่สนใจงานทางวิทยาศาสตร์อีกด้วย

ระดับนานาชาติ

“Layer-by-layer spray coating of a stacked perovskite absorber for perovskite solar cells with better performance and stability under a humid environment” Koth Amratisha, Jitprabhat Ponchai, Paphada Kaewurai, Pimsuda Pansa-ngat, Kusuma Pinsuwan, Pisist Kumnorkaew, Pipat Ruankham, and Pongsakorn Kanjanaboos* Optical Materials Express Vol. 10, Issue 7, pp. 1497-1508 (2020) https://doi.org/10.1364/OME.391546 (Q1)

– Web link เอกสารแนบ/รายงานข้อมูลเพิ่มเติม

• “Thai Scientists Use New Spray-Coating Process to Create Multilayer Solar Cells” World Industrial Reporter, June 4, 2020
• “Precision spray coating could enable solar cells with better performance and stability” Science Daily, June 3, 2020
• “Precision Perovskite Spray Coating for Photovoltaics” Optics and Photonics News, June 11, 2020
• “New precision spray-coating method enables layered deposition of different perovskite materials for stacked architectures” Perovskite-info, June 4, 2020 
• List.Solar, New Atlas, AZoOptics, LinkedIn, และอื่น ๆ 

🍎 Apple podcast
https://apple.co/2UuXCoc

🎧 Spotify
https://spoti.fi/3dTzWkO

📼 Google podcast
https://bit.ly/2Usje4v

🎙️ Listen Notes
https://bit.ly/2ASOIK5

เพื่ออ้างอิงผลลัพธ์หรือการดำเนินงาน: “Layer-by-layer spray coating of a stacked perovskite absorber for perovskite solar cells with better performance and stability under a humid environment” Koth Amratisha, Jitprabhat Ponchai, Paphada Kaewurai, Pimsuda Pansa-ngat, Kusuma Pinsuwan, Pisist Kumnorkaew, Pipat Ruankham, and Pongsakorn Kanjanaboos* Optical Materials Express Vol. 10, Issue 7, pp. 1497-1508 (2020) https://doi.org/10.1364/OME.391546 (Q1)