การดัดแปรคลอโรฟิลล์เพื่อเป็นรงควัตถุจากธรรมชาติสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

เสฏฐนันท์ ทรวงบูรณกุล, สพล ไม้สนธิ์, ศุภวิชญ์ พรหมโคตร

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

พัฒนนาวี นาเลาห์, ประสงค์พร เรืองพีระศิริ

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนกำเนิดวิทย์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2563

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง (Dye–sensitized solar cells, DSSCs) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์ (organic electronic devices) ที่มีความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โดยมีน้ำหนักเบาและต้นทุนการผลิตต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกซิลิคอน แต่เนื่องด้วยข้อจำกัดด้านต้นทุนของการผลิตสีย้อมไวแสงที่มีราคาสูงและต้องใช้โลหะมีตระกูลที่มีราคาแพง จึงทำให้มีการ ประยุกต์ใช้สีย้อมที่ได้จากธรรมชาติมาดัดแปรโครงสร้างให้มีความเหมาะสม โดยคลอโรฟิลล์ เอ (Chl a) ในพืชเป็นรงควัตถุที่มีความน่าสนใจ สามารถสกัดได้ง่ายจากวัชพืชที่เหลือทิ้งภายในชุมชน แต่ยังไม่มีคุณสมบัติในการถ่ายโอนพลังงานจากสารเข้าสู่ชั้นนำไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ จึงได้มีความสนใจในการดัดแปรโครงสร้างของ Chl a โดยประกอบด้วย (1) การสกัดแยก Chl a ให้บริสุทธิ์โดยใช้เทคนิคโครมาโทกราฟีแบบคอลัมน์ (2) การดัดแปรโครงสร้างของ Chl a เพื่อให้เหมาะสมในการเป็นสีย้อมไวแสง ได้แก่ การเปลี่ยนสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนผ่านปฏิกิริยาการเปลี่ยนหมู่เอสเทอร์ (transesterification) การกำจัดหมู่อะซิทิล (deacetylation) การเติมโลหะอะตอมกลาง (metalation) และ การปรับปรุงโครงสร้างด้วยปฏิกิริยาการควบแน่นของ Knoevenagel ที่หมู่คาร์บอนิล (3) การทดสอบประสิทธิภาพของสีย้อมที่ได้ด้วยชุดทดสอบเซลล์แสงอาทิตย์แบบพื้นฐาน ผลการทดลองพบว่า สามารถยืนยันการสังเคราะห์สีย้อมเป้าหมาย (Target dye) ได้โดยด้วยเทคนิคการวิเคราะห์โดยใช้เครื่องมือ Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy และ Mass spectrometry ในการศึกษาแนวโน้มขั้นต้นเปรียบเทียบระหว่างสีย้อมไวแสงที่มีและไม่มีหมู่ยึดเกาะ พบว่าสีย้อมไวแสงที่ได้มีการดัดแปรโครงสร้างให้มีหมู่คาร์บอกซิล (–COOH) เป็นหมู่ยึดเกาะมีความสามารถในการยึดเกาะบน TiO2 ได้ดีกว่าสีย้อมที่ไม่ได้ผ่านการดัดแปรโครงสร้าง โดยมีร้อยละการเปลี่ยนแปลงพลังงานจากแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าเฉลี่ย 0.042±0.005 ความหนาแน่นกระแสสูงสุดเฉลี่ย 0.128±0.014 mA/cm2 และค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงสุดเฉลี่ย 0.328±0.010 V ทั้งนี้ สีย้อมที่ออกแบบจึงมีแนวโน้มที่สามารพัฒนาเป็นสีย้อมไวแสงที่มีประสิทธิภาพได้