การพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานทดแทนมีความจำเป็นอย่างยิ่ง ขึ้นในปัจจุบัน จากแนวโน้มการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นและปริมาณน้ำมันของโลกที่ลดน้อยลง จึงมีความจำเป็นอย่างเร่งด่วนที่ประเทศไทยเองจะต้องเตรียมการเพื่อรองรับ ความต้องการด้านพลังงานของประเทศ ขณะนี้ประเทศไทยยังคงมีการนำเข้าพลังงานทดแทนเพิ่มมากขึ้น หากสามารถลดปริมาณการนำเข้าหรือสามารถผลิตพลังงานทดแทนได้เองก็จะส่งผลดีต่อ เศรษฐกิจของประเทศ ณ ปัจจุบันพลังงานทดแทนอย่างเช่นพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์นั้น ประเทศไทยสามารถผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้โดยเทคโนโลยีของไทยเองแล้ว โดยสถาบันพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ (SOLARTEC) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ได้เริ่มพัฒนาเทคโนโลยีการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางซิลิคอน ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2541 โดยเริ่มพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์บนแผ่น stainless steel หนา 0.4 mm. และได้เปลี่ยนมาใช้วัสดุฐานรองกระจกเคลือบขั้วนำไฟฟ้าโปร่งแสงจนถึงปัจจุบัน จากเทคโนโลยีในปัจจุบัน SOLARTEC มีศักยภาพทั้งการวิจัยและพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ระดับห้องปฏิบัติการและการ ผลิตต้นแบบผลิตภัณฑ์เพื่อนำไปทดลองใช้งานได้จริง

ปัจจุบันอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์สัดส่วนมากกว่า 95% สร้างเซลล์บนฐานรองที่เป็นแผ่นซิลิคอนหรือฐานรองที่เป็นกระจก เซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้มีข้อจำกัดเรื่องการใช้งาน คือเมื่อต้องการนำมาใช้งานบนหลังคา ผนังอาคารที่มีรูปทรงโค้งงอหรือติดบนเสื้อผ้าที่จะถูกบิดงอกลับไปกลับมาได้ จะทำให้เซลล์แสงอาทิตย์แตกและชำรุดได้ง่าย อีกทั้งการขนส่งและพกพาก็ยังมีข้อจำกัดเนื่องจากน้ำหนักของแผงและรูปทรงแผง ที่ยืดหยุ่นไม่ได้ ในต่างประเทศจึงได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่ โค้งงอได้ขึ้นเพื่อส่งเสริมรูปแบบการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ให้หลากหลายมาก ยิ่งขึ้น นอกจากนี้เซลล์แสงอาทิตย์ที่สร้างบนวัสดุฐานรองที่สามารถม้วนได้ยังเหมาะกับ การนำไปพัฒนาสร้างสายผลิตเชิงพานิชย์ด้วยระบบ roll to roll ซึ่งระบบดังกล่าวสามารถเพิ่มกำลังการผลิต (throughput) ได้มากขึ้นซึ่งจะเป็นแนวทางการลดต้นทุนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ได้อีกทางนึง โดยเทคโนโลยีการสร้างฟิล์มบางเหมาะสมกับการสร้างเซลล์บนฐานรองที่โค้งงอได้ มากที่สุดเนื่องจากกระบวนการและวิธีการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ไม่แตกต่างจาก วิธีที่สร้างบนฐานรองกระจกมากนัก หากแต่ต้องมีการปรับเงื่อนไขการสร้างฟิล์มให้เหมาะสมกับชนิดของฐานรองนั้นๆ และมีขั้นตอนที่ซับซ้อนเพิ่มเข้ามาคือขั้นตอนการสร้างขั้วนำไฟฟ้าให้สามารถ รวบรวมกระแสได้มากยิ่งขึ้น และขั้นตอนการประกอบแผงที่จะแตกต่างจากเซลล์ฯบนฐานรองที่เป็นกระจก หาก SOLARTEC สามารถพัฒนาต้นแบบแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่โค้งงอได้จะเป็นจุดเริ่มต้น ให้มีใช้งานและอุตสาหกรรมการผลิตเซลล์ฯชนิดนี้ขึ้นในประเทศไทยได้

ปัญหาหลักของเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่โค้งงอได้คือ ประสิทธิภาพยังต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ฯที่สร้างบนฐานรองกระจก ส่วนนึงเกิดจากการที่ฐานรองบางและเรียบทำให้เกิดการกระเจิงของแสงภายในตัว เซลล์ฯน้อยส่งผลให้กระแสไฟฟ้าที่ได้ต่ำ อีกทั้งเทคนิดการสร้างฟิล์มบางบนฐานรองแบบโค้งงอได้บางประเภทมีข้อกำจัดใน การใช้อุณหภูมิในการสร้างฟิล์มทำให้คุณสมบัติของฟิล์มบางที่ได้ยังไม่ดี เทียบเท่าการสร้างบนฐานรองกระจก และเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ยังมีการแข่งขันและสัดส่วนในตลาดเซลล์แสงอาทิตย์ น้อยเนื่องจากปัจจุบันบริษัทผู้ผลิตมีไม่กี่ราย

โครงการนี้มุ่งเน้นที่จะพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่โค้งงอได้ โดยจะพัฒนาเงื่อนไขการสร้างฟิล์มบางและขั้วไฟฟ้าที่เหมาะสมกับฐานรองโค้งงอ ได้ ปรับพื้นผิวฐานรองเพื่อเพิ่มการกระเจิงของแสง ออกแบบการสร้างขั้วไฟฟ้า และพัฒนาเทคนิคการประกอบแผงเพื่อสร้างต้นแบบแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่ โค้งงอได้ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมที่จะถ่ายทอดเทคโนโลยีสู่ภาคเอกชนและขยายผล สู่การผลิตเชิงพานิชย์ต่อไปในอนาคต

วัตถุ ประสงค์ของโครงการ

1.พัฒนา เทคนิคการสร้างฟิล์มบางซิลิคอนบนฐานรองแบบโค้งงอได้ เช่น บน polymers, stainless steel ที่บางมาก โดยศึกษารูปแบบการสร้าง n-i-p ซึ่งจะแตกต่างจากการสร้างบนกระจกเคลือบขั้วนำไฟฟ้าโปร่งแสง (p-i-n)

2.ปรับพื้นผิวของฐานรองแบบโค้งงอได้เพื่อเพิ่มการ กระเจิงของแสงที่จะช่วยให้ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ สูงขึ้น

3.พัฒนาและออกแบบการสร้างขั้วนำไฟฟ้าที่เหมาะสมกับ เซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่โค้งงอได้ ทั้งฐานรองที่ไม่นำไฟฟ้าอย่างpolymers และฐานรองที่นำไฟฟ้าอย่างstainless steel

4.พัฒนาเทคโนโลยีการประกอบแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรอง ที่โค้งงอได้ ให้แผงที่ได้มีความทนทานเหมาะสมกับการประยุกต์ใช้งานในรูปแบบต่างๆ

5.ทดสอบการใช้งานmini module

6.เจรจาภาคเอกชนเพื่อสรรหาบริษัทมาร่วมสร้างต้นแบบ เซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่โค้งงอได้ระดับcommercial scale

บท คัดย่อ

การใช้ งานเซลล์แสงอาทิตย์ที่สร้างบนฐานรองที่เป็นกระจกหรือบนแผ่นซิลิคอนเวเฟอร์ ยังมีข้อจำกัดเรื่องรูปแบบการใช้งาน คือ เมื่อต้องการนำมาใช้งานบนหลังคาหรือผนังอาคารที่มีรูปทรงโค้งงอ หรือติดบนเสื้อผ้าที่จะถูกบิดงอกลับไปกลับมาได้จะทำให้เซลล์แสงอาทิตย์แตก และชำรุด การที่เซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างบนฐานรองที่สามารถบิดงอตามรูปทรงของวัสดุที่ ไปติดตั้งได้จะช่วยให้ใช้งานในรูปแบบที่หลากหลายได้มากขึ้น นอกจากนี้เซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่โค้งงอได้อย่าง polymer หรือสเตนเลสที่บางมากเมื่อเปรียบเทียบกับฐานรองกระจกหรือฐานรองซิลิคอนเว เฟอร์ จะมีน้ำหนักเบากว่า รูปร่างบางกว่าสามารถม้วนเก็บเพื่อขนส่งได้สะดวก รวมทั้งสามารถติดตั้งให้มีความสวยงามได้อีกด้วย เทคโนโลยีการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่โค้งงอได้ให้มีความเบา ความบาง ความทนทาน ใช้งานได้มีประสิทธิภาพและต้นทุนการผลิตต่ำจึงมีความน่าสนใจและมีประโยชน์ อย่างยิ่งในการส่งเสริมการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์

โครงการนี้มุ่งเน้นที่จะพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางซิลิคอนบนฐานรอง แบบโค้งงอได้ขึ้นเองในประเทศไทย เพื่อส่งเสริมการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ในรูปแบบที่หลากหลายและเพื่อต่อยอด องค์ความรู้เทคโนโลยีการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางซิลิคอนของสถาบันฯ ซึ่งเดิมสร้างแต่บนฐานรองที่เป็นกระจกเคลือบขั้วนำไฟฟ้าโปร่งแสงนำเข้าจาก ต่างประเทศ โดยโครงการนี้จะ 1) พัฒนาต้นแบบเทคโนโลยีการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์บนวัสดุฐานรองที่โค้งงอได้เช่น แผ่นpolymerหรือstainless steelที่บางมาก, 2) พัฒนาต้นแบบเทคโนโลยีการสร้างขั้วนำไฟฟ้าสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่ โค้งงอได้, 3) พัฒนาต้นแบบเทคโนโลยีการประกอบแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่โค้งงอได้ และ 4) จะศึกษาความเป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้เซลล์ฯ ที่ได้กับสิ่งประดิษฐ์อื่นๆ ภายในระยะเวลาโครงการคาดว่าจะได้ต้นแบบเซลล์แสงอาทิตย์บนฐานรองที่โค้งงอได้ ประสิทธิภาพตั้งต้น >6.0% บนพื้นที่ 0.75 cm2 และต้นแบบ Mini Module ขนาด 10 cm x 10 cm ประสิทธิภาพตั้งต้น >4.0% รวมถึงเทคโนโลยีการต่อขั้วไฟฟ้าและเทคโนโลยีการประกอบแผงเซลล์แสงอาทิตย์บน ฐานรองที่โค้งงอได้ ซึ่งจะเป็นต้นแบบระดับห้องปฏิบัติการที่เป็นหัวใจความสำคัญต่อการนำไปขยายผล สู่การผลิตระดับอุตสาหกรรมต่อไปได้

ระยะ เวลาดำเนินโครงการ : 1 มีนาคม พ.ศ.2554 ถึง 29 กุมภาพันธ์ พ.ศ.2555

คณะผู้ วิจัย
หัวหน้าโครงการ :     นางสาวอมรรัตน์ ลิ้มมณี
ผู้ร่วมวิจัย :