UCL ผุด “กระจกผลิตไฟ” เปลี่ยนหน้าต่างเป็นโซลาร์เซลล์ ส่องแสงก็ได้ไฟ

เมื่อพื้นที่บนหลังคาเริ่มไม่เพียงพอสำหรับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ นักวิจัยกำลังหันมามอง “ผนังและหน้าต่าง” ซึ่งเป็นพื้นที่ขนาดใหญ่ของอาคาร

 

โดยล่าสุดทีมนักวิจัยนานาชาติที่นำโดย University College London หรือ UCL พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์แบบกึ่งโปร่งใสที่สามารถติดตั้งกับหน้าต่าง และมีความสามารถโดดเด่นในการเปลี่ยนทั้งแสงแดดและแสงไฟภายในอาคารให้เป็นพลังงานไฟฟ้า

 

งานวิจัยดังกล่าวเผยแพร่ในวารสาร Advanced Energy Materials (นำเสนอโดย UCL เมื่อวันที่ 17 กรกฎาคม 2569) โดยทีมวิจัยมองว่า เทคโนโลยีนี้อาจช่วยเปลี่ยนอาคารจากเพียง “ผู้ใช้พลังงาน” ให้กลายเป็น “ผู้ผลิตพลังงาน” ได้มากขึ้น

 

โดยเฉพาะอาคารสำนักงานและอาคารสูงที่มีพื้นที่กระจกขนาดใหญ่ซึ่งปัจจุบันยังไม่ได้ถูกใช้ประโยชน์ในการผลิตไฟฟ้าอย่างเต็มที่

 

 

เมื่อหน้าต่างที่ไม่ได้มีไว้แค่รับแสง แต่ผลิตไฟได้ด้วย

หัวใจสำคัญของนวัตกรรมนี้คือ Semi-transparent Perovskite Solar Cell หรือเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์แบบกึ่งโปร่งใส ซึ่งถูกออกแบบให้มีความสมดุลระหว่าง “การมองทะลุผ่าน” กับ “การผลิตไฟฟ้า”

 

ต้นแบบของ UCL ยอมให้แสงแดดผ่านเข้าสู่พื้นที่ภายในประมาณ 30% ขณะที่กระจกทั่วไปสามารถปล่อยให้แสงผ่านได้ราว 80-90% หมายความว่าเทคโนโลยีนี้ไม่ได้ใสจนเหมือนกระจกธรรมดา แต่มีลักษณะคล้ายกระจกกรองแสงที่ช่วยลดปริมาณแสงที่เข้าสู่ตัวอาคาร ขณะเดียวกันก็เปลี่ยนพลังงานบางส่วนของแสงให้เป็นไฟฟ้า

 

จุดที่น่าสนใจยิ่งกว่าคือ เซลล์ชนิดนี้ไม่ได้ถูกออกแบบมาให้ทำงานเฉพาะเมื่อมีแดดเท่านั้น แต่ยังสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจาก แสงสว่างภายในอาคาร ได้ด้วย

 

ผลการทดลองพบว่า เซลล์สามารถแปลงพลังงานจากแสง LED ที่ระดับความสว่าง 1,000 lux ซึ่งเป็นระดับใกล้เคียงกับสภาพแวดล้อมสำนักงานที่มีแสงสว่างค่อนข้างมาก ได้ถึงประมาณ 22% ขณะที่ประสิทธิภาพภายใต้แสงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 14% ตามเงื่อนไขการทดสอบของงานวิจัย

 

นี่ถือเป็นจุดต่างสำคัญจากแผงโซลาร์เซลล์ทั่วไป เพราะเซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมจำนวนมากถูกออกแบบให้เหมาะกับสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ ขณะที่เพอรอฟสไกต์สามารถปรับองค์ประกอบและคุณสมบัติทางแสงเพื่อให้ตอบสนองต่อช่วงคลื่นของแสงภายในอาคารได้ดีขึ้น

 

เบื้องหลังคือ “เพอรอฟสไกต์” ชั้นบางกว่าความหนาของเส้นผมหลายร้อยเท่า

ทีมวิจัยใช้วัสดุ Perovskite เป็นชั้นดูดซับแสง ซึ่งเป็นหนึ่งในวัสดุที่กำลังได้รับความสนใจอย่างมากในวงการเซลล์แสงอาทิตย์ยุคใหม่ เนื่องจากสามารถปรับคุณสมบัติด้านการดูดกลืนแสงได้ และเหมาะกับการพัฒนาเซลล์ที่มีน้ำหนักเบา ยืดหยุ่น หรือกึ่งโปร่งใส

(อ่านรายละเอียด: โซลาร์เซลล์เพอรอฟสไกต์ (PSC) คลื่นลูกใหม่ "ดาวรุ่ง" พลังงานสะอาด / Perovskite อนาคตใหม่ของโซลาร์เซลล์ โอกาสของประเทศไทย)

 

สำหรับต้นแบบนี้ ชั้นเพอรอฟสไกต์มีความหนาประมาณ 185 นาโนเมตร หรือราว 500 เท่าของความหนาเส้นผมมนุษย์ โดยทีมวิจัยใช้การจำลองทางคอมพิวเตอร์เพื่อหาความหนาและการจัดวางชั้นวัสดุที่ช่วยรักษาสมดุลระหว่างการให้แสงผ่านกับการผลิตไฟฟ้า

 

อีกปัญหาหนึ่งของเซลล์เพอรอฟสไกต์คือ “กับดัก” หรือ defects ในโครงสร้างผลึก ซึ่งอาจทำให้อิเล็กตรอนติดอยู่และสูญเสียพลังงานก่อนถูกนำไปใช้ผลิตไฟฟ้า

 

ทีมวิจัยจึงเติมโมเลกุล 3-trifluoromethyl-1H-1,2,4-triazole เพื่อช่วยลดข้อบกพร่องดังกล่าวและเพิ่มเสถียรภาพของโครงสร้างผลึก ทำให้การสูญเสียประจุจาก trap-assisted recombination ลดลง

 

 

“ทองคำบางๆ” กลับช่วยให้กระจกโปร่งใสขึ้น

อีกหนึ่งเทคนิคที่น่าสนใจอยู่ที่ขั้วไฟฟ้า โดยทั่วไปเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์สามารถใช้ทองคำเป็นส่วนหนึ่งของขั้วไฟฟ้า แต่ชั้นโลหะดังกล่าวจะบดบังแสง ทำให้ไม่เหมาะกับการทำเซลล์กึ่งโปร่งใส

 

ทีม UCL จึงนำชั้นทองคำที่บางมากไปประกบอยู่ระหว่างชั้นของ molybdenum oxide (MoO₃) ซึ่งช่วยลดการสะท้อนและทำให้แสงสามารถผ่านโครงสร้างขั้วไฟฟ้าได้มากขึ้น โดยงานวิจัยระบุว่าขั้วไฟฟ้าแบบ MoO₃/Au/MoO₃ มีค่าการส่งผ่านแสงประมาณ 59.9%

 

ผลลัพธ์คือเซลล์ต้นแบบสามารถรักษาความโปร่งใสในระดับหนึ่ง พร้อมกับยังคงผลิตไฟฟ้าได้

 

จากแผ่นทดลอง สู่หน้าต่างอาคารจริง

สิ่งที่ทำให้งานวิจัยนี้น่าสนใจไม่ใช่แค่ตัวเลขประสิทธิภาพ แต่คือการขยับจากเซลล์ขนาดเล็กไปสู่โมดูลที่มีขนาดใหญ่ขึ้น

 

ทีมวิจัยสร้างต้นแบบกึ่งโปร่งใสขนาด 30 × 30 เซนติเมตร ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญสำหรับการพัฒนาไปสู่การใช้งานจริง โดยงานวิจัยระบุว่าโมดูลดังกล่าวให้ประสิทธิภาพประมาณ 8.2% ภายใต้แสงอาทิตย์มาตรฐาน และ 7.4% ภายใต้สภาวะแสงที่ต่ำลง

 

อย่างไรก็ตาม ตัวเลขดังกล่าวควรแยกออกจากตัวเลข 22% ที่เป็นประสิทธิภาพของเซลล์ภายใต้แสง LED 1,000 lux เพราะเป็นการทดสอบคนละสภาวะกัน

 

ด้านความทนทาน ต้นแบบที่ยังไม่ได้ห่อหุ้มสามารถรักษาประสิทธิภาพไว้ประมาณ 79.6-80% หลังผ่านการทดสอบให้รับแสงต่อเนื่องราว 268-300 ชั่วโมง ทั้งนี้เป็นการทดสอบในห้องปฏิบัติการแบบเร่ง ไม่ใช่การยืนยันว่าอุปกรณ์จะใช้งานจริงได้นานตามจำนวนปีดังกล่าวโดยตรง

 

ประเด็นนี้ถือเป็นเรื่องสำคัญ เพราะ เสถียรภาพและอายุการใช้งาน ยังคงเป็นหนึ่งในโจทย์ใหญ่ของเทคโนโลยีเพอรอฟสไกต์ ก่อนที่จะสามารถแข่งขันกับแผงซิลิคอนเชิงพาณิชย์ได้ในวงกว้าง

 

 

ไม่ได้แค่ผลิตไฟ แต่ช่วยลดภาระเครื่องปรับอากาศ

นอกจากการผลิตไฟฟ้าแล้ว กระจกกึ่งโปร่งใสยังมีประโยชน์อีกด้านคือการลดปริมาณแสงอาทิตย์ที่เข้าสู่อาคาร

 

UCL ระบุว่าการบังแสงบางส่วนมีลักษณะคล้ายกระจกติดฟิล์มกรองแสง ซึ่งอาจช่วยลดพลังงานที่ต้องใช้ในการทำความเย็นอาคาร โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีอากาศร้อนและมีการใช้เครื่องปรับอากาศในสัดส่วนสูง

 

แต่ในทางวิศวกรรมอาคาร ประโยชน์ด้านการลดภาระความเย็นจะขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ทั้งทิศทางของหน้าต่าง สภาพภูมิอากาศ ชนิดกระจก การบังแดด และการออกแบบระบบปรับอากาศ ดังนั้นจึงยังไม่ควรสรุปว่าการติดตั้งเทคโนโลยีนี้จะลดค่าไฟแอร์ได้ในสัดส่วนเดียวกันทุกอาคาร

 

ทำไม “โซลาร์เซลล์บนกระจก” ถึงสำคัญกับเมืองยุคใหม่

แนวคิดนี้อยู่ในกลุ่ม Building-Integrated Photovoltaics หรือ BIPV ซึ่งพยายามนำวัสดุอาคาร เช่น หลังคา ผนัง ฟาซาด และหน้าต่าง มาทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งของระบบผลิตไฟฟ้า

 

แนวคิดดังกล่าวมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อเมืองมีอาคารสูงและพื้นที่หลังคาจำกัด เพราะอาคารจำนวนมากมีพื้นที่ผิวแนวตั้งขนาดมหาศาล ขณะที่พื้นที่สำหรับติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคามีจำกัด

 

งานทบทวนใน Nature ยังชี้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสและกึ่งโปร่งใสมีศักยภาพสำหรับการนำไปใช้กับหน้าต่างและพื้นผิวอาคาร แต่โจทย์สำคัญยังอยู่ที่การหาสมดุลระหว่าง ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า ความโปร่งใส สี รูปลักษณ์ และอายุการใช้งาน

 

ขณะเดียวกัน งานวิจัยอีกชิ้นที่เผยแพร่ใน Scientific Reports ปี 2569 ก็ชี้ให้เห็นว่า การออกแบบเซลล์กึ่งโปร่งใสต้องพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้ากับปริมาณแสงที่ยอมให้ผ่าน รวมถึงผลต่อความสบายทางสายตาของผู้ใช้อาคารและสภาพภูมิอากาศของแต่ละพื้นที่

 

จากหน้าต่างอาคาร สู่กระจกรถและเสื้อผ้า

เป้าหมายของทีม UCL ไม่ได้หยุดอยู่ที่หน้าต่าง

นักวิจัยระบุว่าขั้นต่อไปคือการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่ มีความยืดหยุ่น สามารถนำไปติดตั้งบนโครงสร้างโค้ง เช่น หน้าต่างอาคารสูงหรือกระจกรถยนต์ รวมถึงพื้นผิวที่ไม่แข็ง เช่น เสื้อผ้าและกระเป๋า

 

ในระยะยาว ทีมต้องการพัฒนาให้เซลล์กึ่งโปร่งใสมีลักษณะใกล้เคียงกับ “ฟิล์มหน้าต่าง” ที่สามารถนำไปติดบนพื้นผิวโปร่งใสต่างๆ ได้ง่าย โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนโครงสร้างอาคารหรือยานพาหนะครั้งใหญ่

 

แนวคิดดังกล่าวเปิดภาพอนาคตที่น่าสนใจ ตั้งแต่กระจกอาคารที่ผลิตไฟฟ้า กระจกรถยนต์และซันรูฟที่ช่วยชาร์จพลังงาน ไปจนถึงอุปกรณ์สวมใส่ที่สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงรอบตัว

 

อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ยังเป็น เป้าหมายการพัฒนาในอนาคต ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ที่พร้อมติดตั้งทั่วไปในขณะนี้

 

 

ความท้าทายที่ยังต้องผ่านให้ได้

แม้เทคโนโลยีจะมีศักยภาพสูง แต่การเปลี่ยนจากต้นแบบในห้องทดลองไปสู่ “หน้าต่างโซลาร์เซลล์” ที่ใช้งานจริงในอาคารนับหมื่นตารางเมตรยังมีโจทย์อีกมาก

 

หนึ่งในนั้นคือความทนทานต่อสภาพแวดล้อมจริง ทั้งความร้อน ความชื้น แสงแดด และการใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลาหลายปี รวมถึงการขยายขนาดการผลิตโดยยังรักษาประสิทธิภาพและความโปร่งใสไว้ได้

 

นอกจากนี้ ยังมีเรื่องต้นทุน การออกแบบสีและรูปลักษณ์ของกระจก การบำรุงรักษา การเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าของอาคาร รวมถึงประเด็นด้านวัสดุและสิ่งแวดล้อมที่ต้องได้รับการจัดการก่อนการผลิตในระดับอุตสาหกรรม

 

Nature Reviews Clean Technology ระบุว่า Indoor Photovoltaics มีศักยภาพอย่างมาก โดยเฉพาะสำหรับการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ IoT ที่ต้องการพลังงานไม่สูง แต่การนำไปใช้ในวงกว้างยังต้องพัฒนามาตรฐานการทดสอบ ความเสถียร ระบบจัดการพลังงาน และการออกแบบโมดูลให้เหมาะสมกับการใช้งานจริง

 

ดังนั้น “กระจกผลิตไฟ” ของ UCL จึงอาจยังไม่ใช่คำตอบสุดท้ายของอาคารพลังงานสะอาด แต่เป็นอีกก้าวสำคัญของการเปลี่ยนแนวคิดจาก Solar Panel ไปสู่ Solar Surface ที่ทุกพื้นผิวของเมืองสามารถกลายเป็นแหล่งผลิตพลังงานได้

 

หากเทคโนโลยีสามารถพัฒนาความทนทาน ลดต้นทุน และขยายขนาดการผลิตได้สำเร็จ ในอนาคตหน้าต่างอาจไม่ได้มีหน้าที่เพียงเปิดรับแสงและมองเห็นโลกภายนอกอีกต่อไป

 

แต่อาจกลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบไฟฟ้าของอาคารที่ผลิตพลังงานได้ทั้งในวันที่มีแดด และแม้กระทั่งในเวลาที่ภายในอาคารยังเปิดไฟอยู่ก็ตาม

 

 

ที่มาของภาพและข่าว: UCL News – Solar windows could harvest energy from sun and indoor light