การผลิตไฮโดรเจนโดยใช้อุปกรณ์แทนเด็มของเซลล์เคมีไฟฟ้าเชิงแสง/เซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการผลิตแก๊สไฮโดรเจนโดยใช้อุปกรณ์แทนเด็มของเซลล์เคมีไฟฟ้าเชิงแสง/เซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง โดยศึกษาความหนาฟิล์มไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เหมาะสมกับขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง พบว่าที่ความหนาฟิล์มไทเทเนียมไดออกไซด์ เท่ากับ 5.7 ไมโครเมตร เมื่อนำมาประกอบเป็นเซลล์สุริยะพบว่ามีร้อยละประสิทธิภาพของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสงเท่ากับ 4.0 ซึ่งสูงพอที่จะนำมาทำงานร่วมกับเซลล์เคมีไฟฟ้าเชิงแสงในลักษณะแบบแทนเด็ม แล้วทำการเตรียมขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มโดยเตรียมไทเทเนียมไดออกไซด์เพสต์ พบว่ามีช่วงการดูดกลืนแสงต่ำกว่า 370 นาโนเมตร มีช่องว่างแถบพลังงานเท่ากับ 3.33 อิเล็กตรอนโวลต์ศึกษาผลของการเจือด้วยอนุภาคควอนตัมดอทแคดเมียมซัลไฟด์พบว่ามีช่วงการดูดกลืนแสงในช่วงระดับพลังงานที่น้อยลง หรือในช่วงความยาวคลื่นที่มากขึ้น ประมาณ 400-500 นาโนเมตร ซึ่งเป็นช่วงที่มีความเข้มของรังสีอาทิตย์ในธรรมชาติสูงขึ้น และพบว่ามีช่องว่างแถบพลังงานแคบลง เท่ากับ 2.34 อิเล็กตรอนโวลต์ เป็นผลให้อิเล็กตรอนสามารถถูกกระตุ้นด้วยแสงที่มีพลังงานต่ำลง จึงมีความเหมาะสมในการนำมาใช้เป็นขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็ม นำขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มประกอบเข้ากับเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง เปรียบเทียบการฉายแสงตกกระทบด้านขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง กับขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็ม พบว่าการฉายแสงตกกระทบด้านขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง จะให้ร้อยละประสิทธิภาพการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสงที่นำมาเป็นส่วนประกอบในเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มที่สูงกว่าจึงเลือกทดสอบแสงด้านนี้ในงานวิจัย ทำการทดสอบสมบัติเชิงไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มกับเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง วัดภายใต้แสงอาทิตย์จำลองโดยทำการวัดกระแสในสภาวะแสงจ้า พบว่าความหนาแน่นกระแสทำงาน ของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มมีค่าเท่ากับ 3.73 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ดังนั้นประสิทธิภาพร้อยละการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นไฮโดรเจนที่ต่ำที่สุดทางทฤษฎีจึงมีค่าเท่ากับร้อยละ 2.55