โซลาร์เซลล์เพอรอฟสไกต์ (PSC) คลื่นลูกใหม่ "ดาวรุ่ง" พลังงานสะอาด

ญี่ปุ่นกับการเดิมพันครั้งใหญ่เพื่อเขย่าวงการโซลาร์เซลล์โลก

คำตอบของคำถามนี้อาจซ่อนอยู่ในเทคโนโลยี “เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์” (Perovskite Solar Cell – PSC) หนึ่งในนวัตกรรมพลังงานสะอาดที่กำลังถูกจับตามองมากที่สุดในโลกปัจจุบัน!

 

โพสทูเดย์ชวนจับตาเทคโนโลยีด้านพลังงานสะอาดอย่างใกล้ชิด อ่านรายละเอียดก่อนหน้าในเรื่องนี้ได้ใน ญี่ปุ่นล้ำ รุกพัฒนาเทคโนโลยี PSC โซลาร์เซลล์แบบบาง เบา ยืดหยุ่น

 

PSC คือเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้สารประกอบผลึกแบบเพอรอฟสไกต์ ซึ่งเป็นวัสดุไฮบริดระหว่างอินทรีย์และอนินทรีย์ของตะกั่วหรือดีบุกเฮไลด์ ความพิเศษของวัสดุนี้อยู่ที่ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดด ต้นทุนการผลิตที่ต่ำ และกระบวนการผลิตที่ไม่ซับซ้อนแบบ all-in-one ปัจจัยที่พร้อมจะเปลี่ยนสมการพลังงานของโลกอย่างสิ้นเชิง

 

ตลอดทศวรรษที่ผ่านมา PSC ได้รับการยกย่องให้เป็น “การค้นพบที่เปลี่ยนโลก” ในวงการพลังงานสะอาด เพราะสามารถทลายข้อจำกัดของแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมได้อย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน และที่สำคัญ มันเปิดโอกาสใหม่ให้การผลิตพลังงานไม่ได้จำกัดอยู่แค่บนหลังคาหรือในฟาร์มโซลาร์อีกต่อไป แต่สามารถฝังอยู่ในหน้าต่าง ผนัง หรือแม้กระทั่งพื้นผิวโค้งของอาคารยุคใหม่ได้ด้วย
 

 

จากการทดลองสู่การลงทุนระดับพันล้าน

รายงานล่าสุดจาก Fortune Business Insights ได้ฉายภาพการเติบโตที่น่าจับตามอง โดยระบุมูลค่าตลาดเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ทั่วโลกในปี 2024 ไว้ที่ 87.47 ล้านดอลลาร์สหรัฐ และคาดการณ์ว่าตลาดจะเติบโตจาก 126.50 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2025 ไปสู่ 1,339.01 ล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2032 ซึ่งสะท้อนถึงอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีตลอดช่วงเวลาคาดการณ์ (อ้างอิงจาก Fortune Business Insights) ตัวเลขการเติบโตที่น่าทึ่งนี้เป็นผลมาจากปัจจัยขับเคลื่อนสำคัญหลายประการ ซึ่งเกิดจากคุณสมบัติอันเป็นเอกลักษณ์ของเทคโนโลยีเพอรอฟสไกต์โดยตรง

 

ตัวเลขนี้ไม่ได้สะท้อนแค่การขยายตัวเชิงพาณิชย์ แต่ยังแสดงถึง “จุดเปลี่ยนครั้งใหญ่” ของอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ที่กำลังเคลื่อนจากยุคซิลิคอนเข้าสู่ยุคของวัสดุเพอรอฟสไกต์อย่างรวดเร็ว

 

สาเหตุที่ตลาดเติบโตอย่างร้อนแรงมาจากสามปัจจัยหลัก หนึ่งคือ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จากเพียง 3% ในปี 2009 สู่มากกว่า 25% ภายในปี 2021 ในห้องปฏิบัติการ ซึ่งเป็นอัตราความก้าวหน้าที่เร็วกว่าทุกเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่ผ่านมา สองคือ ต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า เนื่องจากกระบวนการผลิตง่าย ใช้วัสดุดิบที่หาได้ทั่วไป และไม่จำเป็นต้องใช้เตาเผาอุณหภูมิสูงเหมือนซิลิคอน สามคือ ศักยภาพในการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย โดยเฉพาะในกลุ่ม BIPV (Building Integrated Photovoltaics) ที่สามารถผสานเซลล์แสงอาทิตย์เข้ากับโครงสร้างอาคารได้โดยตรง ไม่ว่าจะเป็นหลังคา หน้าต่าง หรือผนัง ทำให้สถาปัตยกรรมกลายเป็นแหล่งพลังงานได้ด้วยตัวเอง

 

จากศักยภาพมหาศาลนี้ หลายประเทศทั่วโลกจึงเร่งลงทุนวิจัยและพัฒนา แต่ประเทศหนึ่งที่โดดเด่นเป็นพิเศษคือ “ญี่ปุ่น” ซึ่งได้มองเห็นอนาคตของเทคโนโลยีนี้และเลือกจะ “เดิมพันครั้งใหญ่” เพื่อก้าวขึ้นเป็นผู้นำในยุคพลังงานใหม่

 

ญี่ปุ่นกับยุทธศาสตร์พลังงานแห่งอนาคต จากข้อจำกัดทางภูมิศาสตร์ สู่การสร้างโอกาสทางเทคโนโลยี

 

สำหรับญี่ปุ่น การพัฒนาเทคโนโลยี PSC ไม่ได้เป็นเพียงการลงทุนเชิงธุรกิจ หากเป็นยุทธศาสตร์ระดับชาติในมิติความมั่นคงทางพลังงาน ด้วยพื้นที่ราบที่จำกัดและต้นทุนที่สูงในการสร้างโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ ญี่ปุ่นจึงมองหาเทคโนโลยีที่สามารถติดตั้งได้ในพื้นที่แนวตั้งและโค้ง ซึ่ง PSC ตอบโจทย์นี้ได้อย่างสมบูรณ์แบบ เพราะมีคุณสมบัติ “บาง เบา ยืดหยุ่น” เหมาะกับสถาปัตยกรรมเมืองแนวดิ่งอย่างโตเกียว

 

รัฐบาลญี่ปุ่นจึงทุ่มงบประมาณรวมกว่า 1.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ เพื่อผลักดันการพัฒนา PSC ในระดับอุตสาหกรรม โดยมอบงบสนับสนุนโดยตรงให้กับบริษัท Sekisui Chemical ซึ่งเป็นผู้นำด้านวัสดุเคมีและนวัตกรรมพลังงาน

 

เป้าหมายของญี่ปุ่นนั้นทะเยอทะยานอย่างมาก ตั้งใจจะผลิตไฟฟ้าจาก PSC ให้ได้เทียบเท่ากับ “เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 20 เครื่อง” หรือประมาณ 20 กิกะวัตต์ภายในปี 2040 พร้อมตั้งเป้าขยายกำลังการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดของประเทศให้ถึง 108 กิกะวัตต์ภายในปี 2030 เพื่อมุ่งสู่สังคมคาร์บอนต่ำ

 

Sekisui Chemical ถือเป็น “หัวหอกเทคโนโลยี” ของยุทธศาสตร์นี้ บริษัทได้แก้จุดอ่อนสำคัญของ PSC อย่างความไวต่อความชื้นด้วยการพัฒนา “เรซินเคลือบปิดผนึก” (Sealing Resin) ที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะของตนเอง ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานและเสถียรภาพของแผงได้อย่างมาก

 

ปัจจุบันบริษัทตั้งเป้าจะขยายการผลิตจากฟิล์มขนาด 30 เซนติเมตรเป็น 1 เมตร และเพิ่มกำลังการผลิตเป็น 100 เมกะวัตต์ต่อปีภายในปี 2027 ก่อนจะก้าวไปสู่ระดับ 1 กิกะวัตต์ต่อปีภายในปี 2030 จุดที่คาดว่าต้นทุนจะสามารถแข่งขันกับแผงซิลิคอนทั่วไปได้อย่างแท้จริง

 

นอกจากนี้ นโยบายของรัฐบาลท้องถิ่นก็เข้ามาเสริมแรงสำคัญ เช่น กรุงโตเกียวประกาศให้บ้านที่สร้างใหม่ตั้งแต่เมษายน 2025 ต้องติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ เป็นการขับเคลื่อนเชิงโครงสร้างที่ช่วยให้ตลาดในประเทศเติบโตอย่างมั่นคง

 

ซิลิคอน vs. เพอรอฟสไกต์ การแข่งขันระหว่างเทคโนโลยีรุ่นเก่าและรุ่นใหม่

 

แม้ PSC จะถูกมองว่าเป็นเทคโนโลยีแห่งอนาคต แต่การเปรียบเทียบกับแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมยังคงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเข้าใจจุดแข็งจุดอ่อนที่แท้จริง แผงซิลิคอนถือเป็นเทคโนโลยีที่ “เติบโตเต็มที่” มีความทนทานและเสถียรสูง ใช้งานได้ยาวนานกว่า 25 ปี ในขณะที่ PSC ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แม้จะมีประสิทธิภาพสูงกว่าและมีความยืดหยุ่นเหนือกว่า แต่ก็ยังต้องพิสูจน์ความคงทนต่อความชื้น ความร้อน และรังสี UV

 

ต้นทุนของ PSC ในช่วงแรกจะสูงกว่าแผงซิลิคอนราว 3–4 เท่า เนื่องจากยังไม่ได้เข้าสู่การผลิตในระดับ mass production แต่ในระยะยาว หากเทคโนโลยีการผลิตถูกปรับให้มีเสถียรภาพมากขึ้น ต้นทุนก็มีแนวโน้มลดลงอย่างต่อเนื่อง จุดสำคัญคือ PSC ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อ “แทนที่” ซิลิคอน แต่เพื่อ “ขยายขอบเขต” ของการผลิตพลังงานให้ครอบคลุมพื้นที่และรูปแบบใหม่ที่เทคโนโลยีเดิมไม่สามารถทำได้

 

ศึกชิงบัลลังก์เทคโนโลยีโลก ญี่ปุ่น จีน และเกาหลีใต้ กับการแข่งขันสู่การเป็นผู้นำเพอรอฟสไกต์

 

การแข่งขันในวงการ PSC ไม่ได้จำกัดอยู่แค่ญี่ปุ่นเท่านั้น เพราะมหาอำนาจด้านเทคโนโลยีอื่นๆ ก็กำลังทุ่มเทไม่แพ้กัน จีนพัฒนาเทคโนโลยีเพอรอฟสไกต์ที่ใช้โครงสร้างแบบ Gires-Tournois resonator ซึ่งทำหน้าที่เหมือนกระจกสะท้อนแสงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการดูดซับ จนได้ประสิทธิภาพทางทฤษฎีสูงถึง 27% พร้อมทั้งลดการใช้สารตะกั่วลงอย่างมีนัยสำคัญ นับเป็นการยกระดับจากผู้ผลิตแผงราคาถูกสู่ผู้นำด้านนวัตกรรมวัสดุพลังงานขั้นสูง

 

ด้านเกาหลีใต้ สถาบันวิจัยพลังงานแห่งชาติ (KIER) ได้สร้างสถิติโลกใหม่ด้วยการพัฒนาเซลล์แบบ Tandem ชนิดยืดหยุ่น (Perovskite/CIGS) ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 23.64% และยังคงประสิทธิภาพไว้ได้ถึง 97.7% หลังการดัดโค้งมากกว่า 100,000 ครั้ง แสดงถึงความทนทานพร้อมใช้งานจริง

 

การแข่งขันสามเส้าระหว่างญี่ปุ่น จีน และเกาหลีใต้ จึงเป็นตัวเร่งสำคัญที่ผลักดันให้เทคโนโลยี PSC ก้าวหน้าอย่างรวดเร็วทั่วโลก และเรากำลังอยู่ในยุคที่การพัฒนาแต่ละก้าวของประเทศหนึ่งสามารถพลิกดุลการแข่งขันของอุตสาหกรรมพลังงานระดับโลกได้ภายในเวลาเพียงไม่กี่ปี

 

 

เส้นทางสู่การใช้งานจริง จากห้องแล็บสู่เมืองแห่งพลังงานสะอาด

 

แม้ PSC จะถูกยกย่องว่าเป็น “ดาวรุ่งแห่งพลังงานสะอาด” แต่เส้นทางสู่การใช้งานในระดับอุตสาหกรรมยังคงเต็มไปด้วยความท้าทาย ไม่ว่าจะเป็นการขยายการผลิตจากห้องทดลองสู่โรงงานจริง (scaling up) ที่ต้องรักษาคุณภาพให้คงที่ในพื้นที่ขนาดใหญ่ หรือความท้าทายเรื่อง “ความทนทาน” ที่ยังต้องรับมือกับความชื้น ความร้อน และรังสี UV อย่างมีประสิทธิภาพ

 

นอกจากนี้ ยังมีอุปสรรคเชิงวิศวกรรม เช่น การเลือกใช้วัสดุอิเล็กโทรดที่เหมาะสม การพัฒนาวัสดุยึดเกาะกับพื้นผิวอาคาร และการออกแบบระบบการติดตั้งให้เหมาะกับการใช้งานในระยะยาว อย่างไรก็ตาม บริษัทและสตาร์ทอัพพลังงานทั่วโลกกำลังเร่งระดมทุนเพื่อสร้างโรงงานต้นแบบ (pilot plant) และพัฒนาโซลูชันวัสดุเคลือบป้องกันแบบใหม่อย่างต่อเนื่อง เพื่อเร่งให้ PSC ก้าวเข้าสู่ตลาดได้ภายในไม่กี่ปีข้างหน้า

 

บทสรุป

พลังงานสะอาดยุคใหม่ เริ่มต้นจากผลึกเล็กๆ ที่ชื่อว่า “เพอรอฟสไกต์”

เพอรอฟสไกต์ไม่ใช่แค่ชื่อของวัสดุใหม่ แต่คือ “สัญลักษณ์ของยุคพลังงานถัดไป” ที่อาจเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานพลังงานของโลกอย่างสิ้นเชิง ด้วยความบางเบา ยืดหยุ่น และประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดด มันเปิดทางให้ทุกพื้นผิวในเมืองกลายเป็นแหล่งพลังงานได้ ตั้งแต่หน้าต่างอาคารสูงไปจนถึงอุปกรณ์พกพาในชีวิตประจำวัน

 

สำหรับญี่ปุ่น การเลือกเดิมพันกับเทคโนโลยีนี้คือการเดินเกมรุกที่ผสานทั้งเทคโนโลยี วัสดุศาสตร์ และยุทธศาสตร์พลังงานระดับชาติ หากภารกิจนี้สำเร็จ ไม่เพียงแต่จะช่วยสร้างความมั่นคงทางพลังงานและลดการพึ่งพาการนำเข้าเท่านั้น แต่ยังอาจเป็นการเขียน “กติกาใหม่” ของอุตสาหกรรมพลังงานโลกขึ้นมาใหม่

 

สมรภูมิเพอรอฟสไกต์จึงไม่ได้เป็นเพียงการแข่งขันเพื่อแย่งชิงส่วนแบ่งตลาด แต่คือการกำหนดนิยามใหม่ของโลกแห่งพลังงานแบบกระจายศูนย์ (Decentralized Energy) ที่ยั่งยืน ยืดหยุ่น และเป็นธรรมยิ่งกว่าเดิม และประเทศใดที่สามารถก้าวข้ามข้อจำกัดของเทคโนโลยีนี้ได้ก่อน ประเทศนั้นอาจกลายเป็นผู้กุมกุญแจพลังงานของศตวรรษที่ 21 อย่างแท้จริง

 

 

อ้างอิง:

https://www.fortunebusinessinsights.com/

The rise of ultra-thin perovskite solar cells / https://ratedpower.com/

https://impactconnect.co.th