การสังเคราะห์อนุภาคเงินระดับนาโนเมตรในหางน้ำยางธรรมชาติสำหรับเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง

Abstract

งานวิจัยนี้มุ่งพัฒนาประสิทธิภาพของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสงโดยการปรับปรุงขั้วไฟฟ้ารับแสงด้วยการเจืออนุภาคเงินระดับนาโนเมตร อาศัยหลักการเกิดพลาสมอนเรโซแนนซ์บนพื้นผิวของอนุภาคเงินที่สังเคราะห์ในหางน้ำยางธรรมชาติซึ่งเป็นของเหลือใช้จากอุตสาหกรรมผลิตยาง ผลการศึกษาปัจจัยในการสังเคราะห์ที่มีผลต่อขนาดอนุภาคเงินพบว่า อุณหภูมิ (26 – 60 องศาเซลเซียส) น้ำหนักโมเลกุล (200 – 35000) และปริมาณการเติมสารให้ความคงตัวจากภายนอก (ร้อยละโดยมวลต่อปริมาตร 0.1 – 2) ไม่มีผลต่อขนาดของอนุภาคเงินระดับนาโนเมตรอย่างมีนัยสำคัญ ณ วันสังเคราะห์ อย่างไรก็ตามกรณีเติมสารให้ความคงตัวจากภายนอกได้แก่โพลิเอททีลีนไกลคอลมีผลทำให้ขนาดอนุภาคเงินเฉลี่ยคงที่ในช่วง 400 – 800 นาโนเมตรหลังเวลาผ่านไป 1 สัปดาห์โดยไม่ขึ้นกับน้ำหนักโมเลกุลหรือปริมาณที่เติม จากนั้นนำอนุภาคเงินที่เตรียมได้เจือผสมลงในชั้นไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) บนขั้วไฟฟ้ารับแสง การศึกษาผลของรูปแบบและปริมาณการเจืออนุภาคเงินที่มีต่อสมรรถนะของเซลล์สุริยะ พบว่าเซลล์ทดสอบที่เจืออนุภาคเงินในตัวทำละลายเอทานอลในอัตราส่วน 1:500 โดยน้ำหนักต่อปริมาตร (สมมูลกับปริมาณการเจือผสมอนุภาคเงินระดับนาโนเมตร 2.59 x 10-3 มิลลิกรัม) และรูปแบบการเจือแบบแทรกระหว่างชั้นของ TiO2 จำนวน 4 ชั้นให้ประสิทธิภาพการเปลี่ยนรูปพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าสูงสุด 4.3% เพิ่มขึ้นคิดเป็น 58.9 % เมื่อเทียบกับเซลล์ทดสอบที่ไม่ได้เจืออนุภาคเงิน นอกจากนั้นผลทดสอบสมรรถนะของเซลล์ทดสอบที่เจือด้วยโมเดลอนุภาคเงินบริสุทธิ์ให้ประสิทธิภาพสูงสุด 4.4% ยืนยันได้ว่าอนุภาคเงินที่สังเคราะห์ในหางน้ำยางธรรมชาติมีสมบัติเชิงพลาสมอนเรโซแนนซ์ทัดเทียมอนุภาคเงินที่สังเคราะห์ในสภาวะควบคุมเลียนแบบหางน้ำยางธรรมชาติ