เซลล์แสงอาทิตย์สีย้อมไวแสง

จาก ChulaPedia

เซลล์แสงอาทิตย์สีย้อมไวแสง (Dye-sensitized solar cells (DSSCs)) เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใหม่ที่คิดค้นโดย Prof. Michael Grätzel นักวิจัยสวิตเซอร์แลนด์ ดังนั้นเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้จึงถูกเรียกว่าเซลล์กราทเซล (Grätzel cells) เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ต่างไปจากเซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตจากซิลิคอนคือ เซลล์แสงอาทิตย์สีย้อมไวแสงใช้สีย้อมไวแสงเป็นตัวรับพลังงานจากแสงอาทิตย์ไปกระตุ้นอิเล็กตรอนให้กระโดดจากสถานะพื้น (ground state) ไปยังสถานะกระตุ้น (excited state) จากนั้นอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปยังอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) ที่เคลือบอยู่บนขั้วไฟฟ้าโปร่งแสงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น แนวความคิดนี้เกิดจากการเลียนแบบการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชที่พืชจะใช้คลอโรฟิลล์ (chlorophill) ทำหน้าที่เป็นตัวรับพลังงานและเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และน้ำ (H₂O) ไปเป็นน้ำตาล (C₂H₁₂O₆) และออกซิเจน ซึ่งจะมีการไหลเวียนของอิเล็กตรอนในกระบวนการนี้และกระบวนการอื่นที่เกี่ยวข้องด้วย

องค์ประกอบที่สำคัญของเซลล์แสงอาทิตย์สีย้อมไวแสงมี 3 ส่วน ดังนี้

1) ขั้วไฟฟ้า (electrode) มี 2 ขั้วด้วยกัน ขั้วหนึ่งเป็นขั้วไฟฟ้าโปร่งแสงหรือขั้วแคโทด (cathode) โดยทั่วไปทำจากกระจกหรือพลาสติกเคลือบด้วยอินเดียมไทเทเนียมออกไซด์ (Indium Titanium Oxide (ITO)) ซึ่งเป็นออกไซด์ของโลหะที่ทำเป็นฟิล์มบาง (Thin Film) สามารถนำไฟฟ้าได้ ซึ่งขั้วนี้จะเคลือบด้วยอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับเคลือบสีย้อมไวแสง สำหรับอีกขั้วหนึ่งเป็นขั้วแอโนด (anode) ทำจากกระจกหรือพลาสติกเคลือบด้วยแพลตินัมฟิล์มบาง
2) สารไวแสงชนิดสีย้อมอินทรีย์ (Organic-dye sensitizer)
3) สารละลายอิเล็กโตรไลท์ (electrolyte)