การประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงจากสารสีแดงในวัสดุธรรมชาติเพื่อใช้เป็นสารดูดกลืนแสงในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง

บทคัดย่อ

การวิจัยนี้ทำการศึกษาสมบัติเชิงแสง เชิงโครงสร้าง ทางสัณฐานวิทยา และสมบัติทางไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง โดยสารสีย้อมไวแสงถูกสกัดจากวัสดุธรรมชาติ ได้แก่ เปลือกแก้วมังกรแดง เปลือกมังคุด และเปลือกไม้จามจุรี ตามลำดับ สารละลายสารสีย้อมไวแสงจากธรรมชาติถูกละลายในตัวทำละลายเอทานอล ในอัตราส่วนของสารผงแห้งที่สกัดจากธรรมชาติปริมาณ 10 กรัม ต่อสารละลายเอทานอล 10 มิลลิลิตร แช่เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ขั้วไฟฟ้าเวิร์คกิ้งถูกเตรียมจากสารคอลอลด์ไทเทเนียมไดออกไซต์ด้วยวิธีสกรีนลงบนกระจกนำไฟฟ้า และนำไปเผาที่อุณหภูมิ 450 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2.5 ชั่วโมง แล้วนำขั้วไฟฟ้าเวิร์คกิ้งที่ได้ไปแช่ในสารละลายสีย้อมไวแสงแต่ละสารสกัด เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ขั้วไฟฟ้าเคาน์เตอร์ถูกเคลือบด้วยแพลตินัมโดยวิธีเซลล์ไฟฟ้าเคมีในสารลายละลายแพลตินัมเพนตะคลอไรต์ จากนั้นประกอบเซลล์แล้วฉีดพ่นสารละลายอิเล็กโตรไลต์เข้าไประหว่างขั้วไฟฟ้าเซลล์ สมบัติเชิงแสงของสารสีย้อมไวแสงที่สกัดจากเปลือกแก้วมังกรแดง เปลือกมังคุด และเปลือกไม้จามจุรีถูกวัดการดูดกลืนแสงด้วยเทคนิคยูวีวิสสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ สมบัติเชิงโครงสร้างและทางสัณฐานวิทยาของขั้วไฟฟ้าเวิร์คกิ้งไทเนียมไดออกไซต์ถูกวิเคราะห์ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอ็กซ์ และกล้องจุลทรรณ์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ตามลำดับ และประสิทธิภาพการเปลี่ยนพลังงานโฟตอนจากแสงเป็นกระแสไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ถูกวัดโดยแบบจำลองแสงอาทิตย์มาตรฐาน ผลการทดลองพบว่า สารสีย้อมไวแสงที่สกัดจากเปลือกมังคุดสามารถดูดกลืนแสงได้ในช่วงความยาวคลื่นเท่ากับ 400 ถึง 500 นาโนเมตร และ 600 ถึง 700 นาโนเมตร ปริมาณใกล้เคียงกับสารสีย้อมมาตรฐาน (N719) ประมาณ 0.75 ถึง 3.25 Abs. ส่วนสารสีย้อมที่สกัดจากเปลือกแก้วมังกรแดงสามารถดูดกลืนแสงได้ในช่วงความยาวคลื่นเท่ากับ 600 ถึง 800 นาโนเมตร ประมาณ 0.75 Abs. สมบัติเชิงโครงสร้างของขั้วไฟฟ้าเวิร์คกิ้ง พบว่าไทเทเนียมไดออกไซต์มีลักษณะเป็นอนุภาคขนาดเล็กระดับนาโน เมื่อผ่านการแช่สารสีย้อมไวแสงธรรมชาติทั้ง 3 ชนิด ยังคงเห็นระนาบของไทเทเนียมไดออกไซต์และกระจกนำไฟฟ้าเหมือนเดิม เนื่องจากขนาดโมเลกุลของสารสีย้อมมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับขนาดผลึกของไทเทเนียมไดออกไซต์และกระจกนำไฟฟ้า ลักษณะสัณฐานวิทยาของขั้วไฟฟ้าเวิร์คกิ้ง บริเวณพื้นที่ผิวของชั้นไทเทเนียมไดออกไซด์มีอนุภาคของสารไทเทเนียมไดออกไซต์เกาะตัวกันเป็นลักษณะร่างตาข่าย เกาะกันเป็นแบบสุ่ม มีความสม่ำเสมอกระจาย และเกิดรูพรุนขนาดเล็กจำนวนมาก ทำให้เกิดรูพรุนระดับนาโนเมตรจำนวนมาก แสดงว่าโมเลกุลของสารสีย้อมไวแสงสามารถซึมผ่านเข้าไปเกาะบริเวณภายในรูพรุนของชั้นไทเทเนียมไดออกไซต์ได้เป็นจำนวนมาก ส่งผลให้เซลล์มีสารสีย้อมไวแสงที่จะทำปฏิกิริยากับพลังงานโฟตอนจากแสงได้จำนวนมาก ทำให้สามารถเปลี่ยนแสงเป็นกระแสไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ความหนาชั้นไทเทเนียมไดออกไซต์สามารถเป็นชั้นกระเจิงแสงได้ซึ่งมีความหนาประมาณ 30 ไมโครเมตร ผลจากการวัดประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงที่สกัดจากวัสดุธรรมชาติ 3 ชนิดและเปรียบเทียบกับสารสีย้อมมาตรฐาน จะเห็นได้ว่าค่าความต่างศักย์ของเซลล์ทั้งหมดมีค่าใกล้เคียงกับเซลล์มาตรฐาน อยู่ช่วง 0.57 ถึง 0.61 โวลต์ ซึ่งใกล้เคียงกับ 0.79 โวลต์ ค่าฟิวเฟคเตอร์มีค่าอยู่ช่วง 0.50 ถึง 0.68 สำหรับทุกเซลล์ อย่างไรก็ตามค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงสุดมีค่าเท่ากับ 0.48 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร และประสิทธิภาพมีค่าเท่ากับ 0.13 เปอร์เซ็นต์ สำหรับวัสดุที่สกัดจากเปลือกแก้วมังกรแดง ดังนั้นการประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงจากสารสีแดงจากวัสดุธรรมชาติสามารถใช้เป็นตัวดูดกลืนแสงในการประยุกต์ใช้กับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงได้

คำสำคัญ