หลังจากหกปีของการพัฒนา EV ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ของสตาร์ทอัพเทคโนโลยีชาวดัตช์ซึ่งมีชื่อว่า '0' พร้อมที่จะเปิดตัวแล้ว ยานพาหนะที่เป็นนวัตกรรมใหม่นี้มีความสามารถในการใช้งานได้นานหลายเดือนโดยไม่ต้องชาร์จใหม่ ซึ่งถือเป็นการสร้างมาตรฐานใหม่สำหรับประสิทธิภาพในการขนส่งระบบไฟฟ้า 

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Lehigh ได้พัฒนาวัสดุควอนตัมใหม่ ที่สามารถปฏิวัติประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ได้อย่างมาก วัสดุที่เป็นนวัตกรรมนี้ ซึ่งผสมผสานทองแดง เจอร์เมเนียมซีลีไนด์ (GeSe) และดีบุกซัลไฟด์ (SnS) ได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพควอนตัมภายนอก (EQE) สูงถึง 190% ตัวเลขนี้เกินขีดจำกัดประสิทธิภาพแบบเดิมๆ ซึ่งบ่งบอกถึงความก้าวหน้าที่อาจเปลี่ยนแปลงการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์

ทำความเข้าใจกับความก้าวหน้าด้านประสิทธิภาพ

เซลล์แสงอาทิตย์แปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า และประสิทธิภาพของมันจะถูกวัดโดย EQE ซึ่งตามธรรมเนียมแล้วจะสูงสุดที่ 100% ประสิทธิภาพ 100% นี้หมายความว่าโฟตอนแต่ละโฟตอนสร้างกระแสไฟฟ้าได้หนึ่งอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม วัสดุใหม่ที่พัฒนาขึ้นที่ Lehigh ใช้กลไกที่เรียกว่าการสร้าง exciton หลายตัว (MEG) ซึ่งโฟตอนพลังงานสูงสามารถผลิตอิเล็กตรอนได้มากกว่าหนึ่งตัว จึงผลักดันประสิทธิภาพให้เกินกว่าอุปสรรค 100%

สิ่งที่ทำให้วัสดุนี้แตกต่างคือการใช้ "สถานะแถบความถี่ระดับกลาง" ซึ่งเป็นระดับพลังงานเฉพาะภายในวัสดุที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ ระดับพลังงานเหล่านี้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดในการใช้ประโยชน์จากโฟตอนซึ่งเซลล์แสงอาทิตย์แบบธรรมดาจะสิ้นเปลืองไป วัสดุดังกล่าวเข้าถึงช่วงสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ที่กว้างขึ้นโดยการดูดซับแสงเพิ่มเติมในอินฟราเรดและสเปกตรัมที่มองเห็นได้ ซึ่งจะช่วยกระตุ้นการผลิตไฟฟ้า

วิทยาศาสตร์เบื้องหลังนวัตกรรม

 
แผนผังของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางที่มี CuxGeSe/SnS เป็นชั้นแอคทีฟ เครดิต: Ekuma Lab / มหาวิทยาลัย Lehigh

ประสิทธิภาพที่น่าประทับใจของวัสดุมีรากฐานมาจากการจัดการโครงสร้างที่แม่นยำในระดับโมเลกุล ด้วยการใส่อะตอมทองแดงลงในชั้นของ GeSe และ SnS นักวิจัยได้สร้างโครงสร้างสองมิติที่แน่นหนาซึ่งช่วยให้สามารถโต้ตอบโฟตอนกับวัสดุได้ ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้เกิดขึ้นภายในช่องว่าง van der Waals ซึ่งเป็นช่องว่างเล็กๆ ระหว่างชั้นของวัสดุที่มีอะตอมของทองแดงอาศัยอยู่

ด้วยการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์และวิธีการทดลองที่กว้างขวาง ทีมงานได้ฝึกฝนเทคนิคที่ช่วยให้สามารถวางอะตอมของทองแดงได้อย่างแม่นยำ ช่วยลดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ เช่น การรวมกลุ่ม ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของวัสดุ

มองไปข้างหน้า: ความท้าทายและโอกาส

การพัฒนาวัสดุควอนตัมใหม่ที่มีประสิทธิภาพควอนตัมสูงถึง 190% โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Lehigh สามารถพัฒนาการขนส่งที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งรวมถึงรถยนต์ รถบรรทุก และรถโดยสารได้อย่างมาก

วัสดุที่ล้ำสมัยนี้สามารถจับแสงสเปกตรัมกว้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ จัดการกับข้อจำกัดในปัจจุบันของยานพาหนะที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ด้วยการให้พลังงานเพียงพอสำหรับการเดินทางที่หนักกว่าและระยะไกลโดยไม่ต้องพึ่งเชื้อเพลิงฟอสซิล

การรวมเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงเหล่านี้เข้ากับการออกแบบยานพาหนะทำให้มีความเป็นไปได้ในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยานพาหนะที่ใช้งานหนัก เช่น รถประจำทางและรถบรรทุก ซึ่งต้นทุนเชื้อเพลิงและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมถือเป็นข้อกังวลอย่างมาก

เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสูงเหล่านี้ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมสำหรับการใช้งานจริง จึงสามารถเปลี่ยนพลวัตทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมทั่วโลกได้ การลดต้นทุนยานพาหนะในการดำเนินงานและการปล่อยก๊าซคาร์บอนอาจนำไปสู่การประหยัดทางการเงินได้อย่างมากและปรับปรุงสุขภาพของประชาชนด้วยอากาศที่สะอาดขึ้น

นอกจากนี้ การเปลี่ยนไปใช้ยานพาหนะที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์จะลดการพึ่งพาน้ำมันทั่วโลก เพิ่มเสถียรภาพทางภูมิรัฐศาสตร์ และส่งเสริมการสร้างงานในภาคพลังงานหมุนเวียน การเปลี่ยนแปลงนี้แสดงให้เห็นถึงก้าวสำคัญสู่การขนส่งระดับโลกที่ยั่งยืน ซึ่งสอดคล้องกับเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อมที่กว้างขึ้น และปูทางสู่อนาคตที่สะอาดและยั่งยืนยิ่งขึ้น

แม้ว่าผลลัพธ์จะออกมาดี แต่ยังมีหนทางข้างหน้าก่อนที่จะนำวัสดุนี้ไปจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ การบูรณาการวัสดุควอนตัมใหม่นี้เข้ากับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่จำเป็นต้องมีการวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติม แม้ว่ากระบวนการผลิตจะก้าวหน้า แต่กระบวนการผลิตจำเป็นต้องได้รับการขยายขนาดเพื่อการใช้งานจริงในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์

ประโยชน์ที่เป็นไปได้ของเทคโนโลยีนี้มีมากมาย ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์อย่างมีนัยสำคัญ เราจึงสามารถก้าวไปสู่โซลูชั่นพลังงานที่ยั่งยืนมากขึ้น ลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการผลิตพลังงาน

ผลงานของศาสตราจารย์ Chinedu Ekuma และทีมงานของเขาที่มหาวิทยาลัย Lehigh แสดงให้เห็นถึงการก้าวกระโดดครั้งสำคัญในด้านเซลล์แสงอาทิตย์ การพัฒนาของพวกเขาท้าทายขีดจำกัดที่มีอยู่และเปิดช่องทางใหม่สำหรับอนาคตของพลังงานทดแทน เมื่อเทคโนโลยีนี้ก้าวหน้าไป อาจนำไปสู่ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีราคาไม่แพงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้พลังงานแสงอาทิตย์เข้าถึงได้มากขึ้นทั่วโลก และช่วยรักษาความต้องการพลังงานทั่วโลก

เกี่ยวกับผู้เขียน

Robert Jennings เป็นผู้ร่วมเผยแพร่ InnerSelf.com กับ Marie T Russell ภรรยาของเขา เขาเข้าเรียนที่มหาวิทยาลัยฟลอริดา Southern Technical Institute และมหาวิทยาลัย Central Florida ด้วยการศึกษาด้านอสังหาริมทรัพย์ การพัฒนาเมือง การเงิน วิศวกรรมสถาปัตยกรรม และการศึกษาระดับประถมศึกษา เขาเป็นสมาชิกของนาวิกโยธินสหรัฐและกองทัพสหรัฐซึ่งสั่งการปืนใหญ่สนามในเยอรมนี เขาทำงานด้านการเงิน การก่อสร้าง และการพัฒนาอสังหาริมทรัพย์เป็นเวลา 25 ปีก่อนเริ่ม InnerSelf.com ในปี 1996

InnerSelf ทุ่มเทให้กับการแบ่งปันข้อมูลที่ช่วยให้ผู้คนสามารถเลือกทางเลือกที่มีการศึกษาและชาญฉลาดในชีวิตส่วนตัวของพวกเขา เพื่อประโยชน์ส่วนรวม และเพื่อความเป็นอยู่ที่ดีของโลก นิตยสาร InnerSelf มีอายุมากกว่า 30 ปีในการตีพิมพ์ในรูปแบบสิ่งพิมพ์ (พ.ศ. 1984-1995) หรือทางออนไลน์ในชื่อ InnerSelf.com กรุณาสนับสนุนการทำงานของเรา

 ครีเอทีฟคอมมอนส์ 4.0

บทความนี้ได้รับอนุญาตภายใต้สัญญาอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์แบบแสดงที่มาร่วมแบ่งปันแบบเดียวกัน 4.0 แอตทริบิวต์ผู้เขียน Robert Jennings, InnerSelf.com ลิงค์กลับไปที่บทความ บทความนี้เดิมปรากฏบน InnerSelf.com