ญี่ปุ่นพัฒนาแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถ "ตรวจจับ" สนามแม่เหล็กได้

เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์อันล้ำสมัยของญี่ปุ่นสามารถ "ระบุ" สนามแม่เหล็กและเปิด/ปิดหรือปรับกำลังการผลิตไฟฟ้าตามต้องการได้อย่างยืดหยุ่น

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์เพิ่งได้รับการประกาศในญี่ปุ่น เมื่ออุปกรณ์ต้นแบบสามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยอิทธิพลของสนามแม่เหล็กภายนอก แทนที่จะใช้รอยต่อ p-n แบบดั้งเดิม เซลล์ใหม่นี้ใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกแบบรวมในโครงสร้างแบบ “ซ้อนกัน” ระหว่างวัสดุสองชนิด ได้แก่ ชั้นสารกึ่งตัวนำสองมิติที่ทำจาก MoS₂ และชั้นวัสดุแม่เหล็กที่ทำจาก CrPS₄

ภาพประกอบปรากฏการณ์โฟโตวอลตาอิกที่ควบคุมปริมาตรด้วยสนามแม่เหล็ก ภาพ: ห้องปฏิบัติการมัตสึดะ มหาวิทยาลัยเกียวโต

ภายใต้สภาพแสงปกติ แบตเตอรี่จะทำงานเหมือนเซลล์โฟโตโวลตาอิกขนาดใหญ่ โดยแปลงแสงเป็นไฟฟ้า เมื่อสนามแม่เหล็กถูกนำไปใช้กับพื้นผิวของแบตเตอรี่ เช่น โดยการวางแม่เหล็กหรือขดลวดสร้างสนามไว้ใกล้กับอุปกรณ์ ความเข้มของกระแสไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงทันที โดยเพิ่มขึ้น ลดลง หรือดับลงโดยสิ้นเชิง

คุณลักษณะนี้ช่วยให้ปรับกำลังไฟขาออกได้แบบเรียลไทม์โดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ควบคุมเพิ่มเติม เช่น ไดโอดหรือทรานซิสเตอร์

กระบวนการผลิตประกอบด้วยการลอกแผ่น MoS₂ และ CrPS₄ ออกจากผลึกจำนวนมากด้วยกลไก ตามด้วยเทคนิคการถ่ายโอนแบบแห้งเพื่อประกอบชิ้นส่วนทั้งสองเข้าด้วยกันอย่างแม่นยำในโครงสร้างแบบแวนเดอร์วาลส์ อุปกรณ์ที่เสร็จแล้วจะถูกส่องสว่าง และวัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าภายใต้ความเข้มของสนามแม่เหล็กต่างๆ

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นไม่เพียงแต่ว่าประสิทธิภาพการแปลงแสงจะสูงกว่าขีดจำกัดสมดุลของเซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังสามารถควบคุมกระแสไฟได้อย่างยืดหยุ่นโดยเพียงแค่เปลี่ยนสนามแม่เหล็กอีกด้วย

ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของเทคโนโลยีนี้คือความเรียบง่ายและความยืดหยุ่นในการออกแบบ ไม่จำเป็นต้องใช้วงจรควบคุมที่ซับซ้อน แผงโซลาร์เซลล์จึงมีความบาง น้ำหนักเบา และดัดงอได้ง่าย เพื่อนำไปติดกับพื้นผิวกระจก หลังคา หรือแม้แต่เคสอุปกรณ์พกพา

การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ ได้แก่ เซ็นเซอร์ที่ใช้พลังงานด้วยตัวเอง ไม้ประหยัดพลังงาน กระจกอัจฉริยะที่ควบคุมพลังงานด้วยตัวเอง และอุปกรณ์อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งหลายๆ อย่างที่ต้องใช้แบตเตอรี่แบบบางเฉียบ

เทคโนโลยีการควบคุมกระแสสนามแม่เหล็กยังรับประกันประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในสภาพแสงน้อยหรือสภาพแสงที่กระจัดกระจาย การผสมผสานเอฟเฟกต์โฟโตโวลตาอิกแบบรวมเข้ากับความสามารถในการปรับแต่งสนามแม่เหล็ก จะเปิดโอกาสให้เอาชนะข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพของเซลล์โฟโตโวลตาอิกในปัจจุบัน

ต้นแบบนี้ยังอยู่ในขั้นทดลองในห้องปฏิบัติการ แต่การประยุกต์ใช้งานที่มีศักยภาพได้รับความสนใจจากสถาบันวิจัยและธุรกิจนานาชาติหลายแห่ง การทดลองเพิ่มเติมจะมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุ ขยายช่วงอุณหภูมิใช้งานและสนามแม่เหล็ก โดยมีเป้าหมายเพื่อการผลิตขนาดใหญ่ภายใน 5-10 ปีข้างหน้า

ในเวียดนาม ซึ่งกำลังการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์กำลังขยายตัวอย่างรวดเร็ว เทคโนโลยีนี้อาจนำมาซึ่งประโยชน์ในทางปฏิบัติ แผงควบคุมแบบแม่เหล็กสามารถติดตั้งเข้ากับหลังคา หน้าต่าง หรือสถานีชาร์จมือถือได้อย่างง่ายดาย เมื่อระบบโครงข่ายไฟฟ้าแบบกระจาย (สมาร์ทกริด) จำเป็นต้องปรับสมดุลพลังงาน แบตเตอรี่จะตัดการเชื่อมต่อโดยอัตโนมัติเมื่อมีพลังงานส่วนเกิน หรือเพิ่มกำลังการผลิตเพื่อชดเชยโหลดเมื่อจำเป็น ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียพลังงานจากระบบส่งไฟฟ้าและปรับปรุงเสถียรภาพของระบบ

แบตเตอรี่ควบคุมด้วยแม่เหล็กไม่เพียงแต่จำกัดการใช้งานในภาคประชาสังคมเท่านั้น แต่ยังเหมาะสำหรับโครงการพลังงานที่ใช้สำหรับการวิจัย เซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อม หรือโดรนอัตโนมัติที่ต้องการแหล่งพลังงานที่มีความยืดหยุ่น ความสามารถในการเปิด/ปิดกระแสไฟฟ้าได้ทันทีโดยใช้สนามแม่เหล็ก จะช่วยสร้าง "ซูเปอร์แบตเตอรี่" อัจฉริยะรุ่นใหม่ ซึ่งสอดคล้องกับเทรนด์โลกสีเขียวและดิจิทัล

เมื่อเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ควบคุมด้วยแม่เหล็กถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ จะเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในอุตสาหกรรมพลังงานหมุนเวียน ตั้งแต่แผงโซลาร์เซลล์แบบพาสซีฟ ไปจนถึงอุปกรณ์พลังงาน “แอคทีฟ” ที่มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม นี่คือรากฐานสำคัญสำหรับเมืองอัจฉริยะ อาคารพลังงานที่ควบคุมตัวเองได้ และการประยุกต์ใช้งานในอนาคต ซึ่งจะช่วยสร้างระบบนิเวศพลังงานที่ยั่งยืน

ที่มา: https://khoahocdoisong.vn/nhat-ban-phat-trien-pin-nang-luong-mat-troi-nhan-dien-tu-truong-post1551512.html