โซลาร์เซลล์ Perovskite เป็นโซล่าร์เซลล์แบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเดิม และที่สำคัญยิ่งกว่านั้น ทีมงานวิจันของมหาวิทยาลัย Linköping ในสวีเดนกำลังคิดค้นวิธีรีไซเคิลโซล่าร์เซลล์ประเภทนี้โดยใช้นํ้า
พลังงานแสงอาทิตย์ก้าวหน้าไปอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ราคาลดลง และในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกมีการเติบโตเพิ่มขึ้นประมาณ 24% ต่อปี ภายในปี 2571 สมาคมอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์คาดการณ์ว่าตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกจะมีขนาดเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่า คาดการณ์ว่าส่วนหนึ่งของการเติบโตเป็นเพราะการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นใหม่ที่ทำจากวัสดุ Perovskite ซึ่งมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากกว่ารุ่นก่อนที่ใช้ซิลิคอน แต่ก็ยังมีปัญหาตรงที่เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite รีไซเคิลยากเป็นพิเศษ การขาดความสามารถในการนำกลับมาใช้ใหม่นี้มีความเสี่ยงที่จะสร้างปัญหาสิ่งแวดล้อมได้
การวิจัยวิธีรีไซเคิลโซลาร์เซลล์ Perovskite ด้วยนํ้า
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Linköping ในสวีเดนพบวิธีแก้ปัญหานี้ ด้วยการใช้เทคนิคการรีไซเคิลที่ออกแบบใหม่ ทำให้นักวิจัยสามารถแยกเซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite ที่หมดอายุการใช้งานได้อย่างสมบูรณ์ โดยใช้นํ้าเป็นตัวทำละลายเพียงอย่างเดียว และเมื่อพวกเขานำวัสดุรีไซเคิลนั้นมาสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ใหม่ พบว่าโซลาร์เซลล์ใหม่นั้นก็ยังคงประสิทธิภาพโดยรวมเท่ากับรุ่นที่ไม่ผ่านการรีไซเคิล
ในทางทฤษฎี กระบวนการนี้สามารถขยายขนาดเพื่อช่วยสร้างเซลล์แสงอาทิตย์รีไซเคิลได้อย่างสมบูรณ์, มีประสิทธิภาพด้านพลังงาน และไม่จำเป็นต้องใช้สารเคมีที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมในการแยกย่อยเซลล์แสงอาทิตย์แบบเดิม
“เราสามารถรีไซเคิลได้ทุกอย่าง ไม่ว่าจะเป็นกระจก อิเล็กโทรด ชั้นเพอรอฟสไคต์ และชั้นส่งประจุด้วย” Xun Xiao นักศึกษาหลังปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัย Linköping และผู้ร่วมวิจัยกล่าว
a, แผนผังของกระบวนการรีไซเคิลด้วยสารละลายน้ำ มีสารเติมแต่งหลักสามชนิด (NaOAc, NaI และ H3PO2) เพื่อแก้ไขปัญหาความสามารถในการละลายของเพอรอฟสไคต์ ความบริสุทธิ์ของเฟส และเสถียรภาพของสารละลายในสารละลายน้ำ
b, 1H-NMR ของ NaOAc ที่มีและไม่มี PbI2 การเปลี่ยนแปลงทางเคมีบ่งชี้ถึงปฏิกิริยาที่รุนแรงระหว่างอะซิเตตและไอออนตะกั่วเพื่ออำนวยความสะดวกในการละลาย PbI2 ในน้ำ
c, เส้นโค้งการดูดกลืนแสงของสารละลายน้ำ (NaOAc: 500 mg ml−1, FAPbI3: 1 μmol) ที่มีความเข้มข้นของ NaI ต่างกัน ภาพแทรกแสดงสารละลายที่มี NaI 35 mg ml−1 ที่ปรับให้พอดีกับพีค [PbI2]0 และ [PbI3]-
d, การคำนวณ DFT ของพฤติกรรมการประสานงานของไอออนอะซิเตตเพื่ออำนวยความสะดวกในการละลายตะกั่วไอโอไดด์และการเปลี่ยนแปลงเฟสเมื่อเติมไอออนไอโอไดด์ในสารละลายน้ำสำหรับการรีไซเคิลเพอรอฟสไคต์ โครงสร้าง i, ii และ iii แสดงถึง PbI2L4, Pb2I4L6 และ [Pb2I5L6]- ตามลำดับ ซึ่ง L คือไอออนอะซิเตต a.u. หน่วยโดยพลการ
โซลาร์เซลล์ Perovskite
แผงโซลาร์เซลล์ Perovskite ผลิตจากธาตุที่ได้รับการยกย่องว่ามีคุณสมบัติในการกักเก็บพลังงานสูงและต้นทุนการผลิตต่ำ โซลาร์เซลล์ประเภทนี้สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ 25% เป็นไฟฟ้า ขณะที่โซลาร์เซลล์ที่ใช้ซิลิคอนแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้เพียง 15-20% เท่านั้น
วิธีการมาตรฐานสำหรับการรื้อแผงโซลาร์เซลล์ Perovskite เพื่อการรีไซเคิลจำเป็นต้องแช่ในไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (Dimethylformamide) ซึ่งเป็นสารเคมีที่พบได้บ่อยที่สุดในตัวทำละลายสี วิธีการนี้ นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าไม่เหมาะสมเพราะอาจจะนำไปสู่การรั่วไหลของสารเคมีสู่สิ่งแวดล้อม
การรีไซเคิลโซลาร์เซลล์ Perovskite ด้วยนํ้า
นักวิจัยของโครงการนี้ได้ใช้วิธีการที่แตกต่างออกไป และเลือกที่จะสร้างตัวทำละลายที่ไม่เป็นพิษและใช้น้ำเป็นหลัก ซึ่งประกอบด้วยโซเดียมอะซิเตต (Sodium acetate), โซเดียมไอโอไดด์(Sodium iodide), และสารเติมแต่งกรดไฮโปฟอสฟอรัส(Hypophosphorous acid) โดยโซเดียมอะซิเตตจะถูกนำมาใช้เพื่อช่วยสลายวัสดุแต่ละชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์ ในทางตรงกันข้าม โซเดียมไอโอไดด์ถูกเติมเข้าไปเพื่อช่วยสร้างผลึกเพอรอฟสไคต์ที่แยกออกมาใหม่ เพื่อให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในภายหลัง กรดไฮโปฟอสฟอรัสถูกใช้เพื่อช่วยรักษาสารละลายให้มีเสถียรภาพเมื่อเวลาผ่านไป
นักวิจัยได้ให้ความร้อนกับน้ำถึง 80 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 20 นาทีก่อนที่จะจุ่มเซลล์ลงไปเพื่อช่วยในกระบวนการรื้อถอนเพิ่มเติม ผลึกเพอรอฟสไคต์ที่รีไซเคิลใหม่และของเหลวที่เหลือถูกแยกออกจากกันโดยนำไปปั่นในเครื่องเหวี่ยงที่ความเร็ว 5,000 รอบต่อนาทีเป็นเวล 3 นาที
เมื่อกระบวนการเหล่านี้เสร็จสมบูรณ์ นักวิจัยก็สามารถใช้วัสดุรีไซเคิลที่ได้เพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ใหม่ และที่สำคัญคือ เซลล์ใหม่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานเท่ากับเซลล์ก่อนการรีไซเคิล นักวิจัยสามารถทำซ้ำกระบวนการนี้ได้อีกหลายครั้งโดยที่เซลล์ใหม่ไม่สูญเสียพลังงานที่ผลิตได้
ผลการค้นพบเหล่านั้นบ่งชี้ว่าการใช้สารละลายน้ำ “ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม” ของนักวิจัยสามารถยืดอายุการใช้งานของแผงโซลาร์เซลล์รุ่นใหม่ที่ใช้เพอรอฟสไคต์ได้หลายเท่า นักวิจัยประมาณการว่าวิธีการของพวกเขาลดการใช้ทรัพยากรโดยรวมลงถึง 96.6%
การนำไปใช้งานจริงในอนาคต
แม้ว่าจะยังไม่ชัดเจนว่าวิธีการรีไซเคิลด้วยน้ำนี้จะเป็นอย่างไรเมื่อพัฒนาสู่ระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ แต่วิธีการใช้น้ำได้นำเสนอแนวทางที่เป็นไปได้ในการทำให้โครงสร้างพื้นฐานพลังงานหมุนเวียนในอนาคตมีความยั่งยืนมากขึ้น
อ้างอิง และ cover popsci.com
อ่านบทความและข่าวอื่นๆเพิ่มเติมได้ที่ it24hrs.com
โซลาร์เซลล์ Perovskite แบบใหม่ รีไซเคิลได้โดยใช้แค่นํ้า
อย่าลืมกดติดตามอัพเดตข่าวสาร ทิปเทคนิคดีๆกันนะคะ Please follow us
Youtube it24hrs
Twitter it24hrs
Tiktok it24hrs
facebook it24hrs
