พลังงานที่ถูกใช้รวมทั้งหมดในโลกจากการใช้รถยนต์ การขนส่ง และอุตสาหกรรม คิดเทียบเป็นอัตรากำลังไฟฟ้าเฉลี่ยประมาณ 16,000 GW⁴  ซึ่งเป็นปริมาณการใช้พลังงานจำนวนมหาศาลเลยทีเดียว ดังนั้น เพื่อลดการปล่อยมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมของการใช้พลังงานฟอสซิล การหาแหล่งพลังงานทดแทนต่างๆที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมาใช้จึงเป็นสิ่งจำเป็น พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพอย่างเหลือเฟือเมื่อเทียบกับความต้องการของการใช้งาน ถ้าคิดประสิทธิภาพของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่ 10 % และใช้พื้นที่รับแสงอาทิตย์เพียงแค่ 1 – 2 % ของพื้นผิวโลก ก็จะได้ปริมาณพลังงานหลายเท่าตัวของพลังงานที่ต้องการ

เนื่องจากเทคโนโลยีของเซลล์แสงอาทิตย์ที่แพร่หลายในปัจจุบันจะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์แบบทึบแสงที่ผลิตจากสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอน ปัญหาสำคัญในการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ที่เป็นแบบทึบแสงเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้านั้น คือพื้นที่ที่ใช้ในการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ เพราะพื้นที่ในการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะต้องเป็นพื้นที่โล่งขนาดใหญ่ เช่น การติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนพื้นดิน (solar farm) หรือการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคา (solar rooftop)  ซึ่งการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนพื้นดินหรือโซล่าฟาร์มนั้น ตำแหน่งการติดตั้งส่วนใหญ่มักจะอยู่ห่างไกลจากแหล่งของการใช้พลังงานทำให้เกิดความสูญเสียในการส่งจ่ายพลังงาน นอกจากนั้นการติดตั้งโซล่าฟาร์มอาจเป็นการเบียดเบียนการใช้ประโยชน์ของที่ดินทางด้านเกษตรกรรมหรือพื้นที่ป่าอีกด้วย ส่วนการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคานั้นก็เป็นการใช้ประโยชน์จากพื้นผิวอาคารบ้านเรือนได้ไม่เต็มที่

เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสซึ่งสามารถประยุกต์ใช้กับผลิตภัณฑ์กระจกได้ทุกชนิด จึงเป็นเทคโนโลยีที่หลุดกรอบข้อจำกัดด้านพื้นที่ติดตั้งของเซลล์แสงอาทิตย์แบบเดิม เซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสสามารถติดตั้งกับกระจกอาคาร กระจกรถยนต์ หน้าจอมือถือสมาร์ทโฟน แทบเล็ต หรือนาฬิกาได้ ถ้าอาคารสูงต่างๆในเมืองใหญ่ มีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสบนพื้นผิวกระจกทั้งหมดของอาคาร ก็จะทำให้อาคารนั้นกลายเป็นโรงผลิตไฟฟ้าขนาดย่อมเลยทีเดียว ซึ่งสามารถนำไฟฟ้าที่ผลิตได้ไปใช้ภายในอาคารเองหรือแบ่งปันส่งเข้าระบบสายส่งได้กรณีที่เหลือใช้ กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากกระจกรถยนต์ที่เป็นเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสก็สามารถนำไปใช้แบ่งเบาภาระของต้นกำลังรถยนต์ได้ ซึ่งอาจทำให้ช่วยเพิ่มระยะการใช้งานขึ้นได้อีกหลายกิโลเมตร เซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสบนหน้าจอจะทำให้เราใช้อุปกรณ์มือถือสมาร์ทโฟน แทบเล็ต หรือนาฬิกาได้นานขึ้นในระหว่างวัน และสำหรับผลกระทบของโซล่าฟาร์มที่มีต่อพื้นที่เกษตรกรรมนั้น เราก็สามารถประยุกต์เซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสทำเป็นโรงเรือนเพื่อเพาะปลูกพืชได้ด้วยเช่นกัน เซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสเป็นเทคโนโลยีการเคลือบติดผิวกระจกด้วยสารย้อมไวแสงที่มีคุณสมบัติกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงแสงที่ตามนุษย์มองไม่เห็น(อัลตราไวโอเลต​และอินฟาเรด)​ไว้เพื่อผลิตไฟฟ้า และปล่อยให้แสงช่วงที่มนุษย์มองเห็นสามารถผ่านไปได้ (ดังแสดงในรูปที่ 1​) จึงทำให้เซลล์​แสงอาทิตย์​แบบโปร่งใสทำหน้าที่เป็นทั้งกระจกหน้าต่างและโซ่ลาเซลล์ผลิตไฟฟ้าได้ในเวลาเดียวกัน

เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสแบ่งได้ 2 แบบหลักๆ ได้แก่ แบบไม่เลือกความยาวคลื่น (non-wavelength selective) ที่จะมีการดูดซับแสงอาทิตย์เกือบทุกช่วงของแสงทำให้มีค่าเฉลี่ยการส่งผ่านแสงที่มองเห็น (average visible transmission, AVT)ได้ไม่เกิน 50% หรือ แบบเลือกความยาวคลื่น (wavelength selective) ที่กำหนดให้มีการดูดซับแสงอาทิตย์เฉพาะช่วงขแงแสงที่ต้องการได้ ซึ่งจะมีค่า AVT ที่ประมาณ 50 – 90%

ตารางที่ 1 เป็นผลสรุปคุณสมบัติของเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสบนพื้นฐานการผลิตแบบต่างๆ เช่น การพิมพ์เคลือบฉาบหน้าเซลล์แสงอาทิตย์แบบย้อมไวแสง (Screen printing Dye-Sensitized Solar Cells; DSSC), การชุบด้วยไฟฟ้า (Electrophoretic Technique) และการจุ่มเคลือบ (Dip-coater) ซึ่งเป็นแบบไม่เลือกความยาวคลื่น ทำโดยการเคลือบฟิล์มบางของสารไททาเนียมไดออกไซด์ (titanium dioxide; TiO₂) บนกระจกแบบดีบุกออกไซด์เจือด้วยฟลูออรีน/ดีบุกออกไซด์เจืออินเดียม (Fluorine doped tin oxide/Indium-doped tin oxide; FTO/ITO) วิธีการพิมพ์เคลือบฉาบหน้านี้จะมีการควบคุมความโปร่งใสโดยการออกแบบความละเอียดของพื้นผิว สำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสที่เลือกความยาวคลื่นนั้นจะมีประสิทธิภาพที่ต่ำกว่า เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดดูดซับช่วงแสงอัลตราไวโอเลตและช่วงแสงใกล้อินฟาเรด (near-infared OPV) เซลล์แสงอาทิตย์แบบรวมแสงโดยใช้สารเรืองแสง (TLSC) เซลล์แสงอาทิตย์โพลิเมอร์ที่มีโครงสร้างประกอบด้วยวัสดุคอมโพสิตระหว่างโพลีเมอร์กักช่วงแสงใกล้อินฟาเรดและฟูลเลอรีน (PCBM) ส่วนเซลล์แสงอาทิตย์กึ่งโปร่งใสที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ไม่ต้องการความโปร่งใสมากนัก ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์กึ่งโปร่งใสควอนตัมดอท (Quantum Dot Solar cell) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตจากวัสดุผสมระหว่างตะกั่วหรือดีบุกกับเฮไลด์ (Perovskite) และเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ซ้อนกึ่งโปร่งใส (Tandem Semi-transparent Perovskite)

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสบนพื้นฐานของกระบวนการผลิตที่ต่างกัน¹

ถึงแม้เซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสจะได้ผ่านข้อจำกัดของเซลล์แสงอาทิตย์แบบเดิมที่เป็นแบบทึบแสงในเรื่องของพื้นที่ของการติดตั้ง แต่ประสิทธิภาพการใช้งานจริงที่ยังต่ำมาก จึงเป็นปัจจัยสำคัญที่ยังคงไม่สามารถนำเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสมาใช้จริงในเชิงพาณิชย์ได้ ประมาณร้อยละ 80 ของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสยังคงอยู่ในขั้นตอนของการพัฒนาและต้องการการพัฒนาปรับปรุงให้มีความเหมาะสมในเชิงพาณิชย์ต่อไป ดังเช่นกลุ่มผู้ประดิษฐ์ที่ริเริ่มธุรกิจด้านนี้ ซึ่งได้แก่ Brite Solar –ได้มีการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์แบบกระจกกึ่งโปร่งใสเพื่อมุ่งเน้นสำหรับโรงเรือนเพาะปลูก Onyx Solar – ได้มีการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์แบบกระจกในเชิงสถาปัตย์สำหรับการตกแต่งอาคารซึ่งสามารถเลือกสีและเปอร์เซ็นความโปร่งใสได้ Physee – ได้ออกแบบกระจกหน้าต่างที่ติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมไว้บริเวณขอบกระจกซึ่งสามารถใช้ชาร์จอุปกณ์ผ่านช่อง USB และมีแอพพลิเคชั่นที่สามารถแสงสภาพอากาศภายนอกได้  และUbiquitous Energy – ก่อตั้งโดยนักวิจัยที่จบจาก MIT มีการมุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสที่เป็นแผ่นฟิล์มบางใสสำหรับใช้เคลือบติดแผ่นกระจก ซึ่งเป็นผลการวิจัยที่คาดว่าจะพร้อมสำหรับการใช้งานได้ในอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอีก 5 ปีข้างหน้า²  โดยตอนนี้สามารถผลิตต้นแบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบโปร่งใสที่เป็นแผ่นฟิล์มเคลือบติดแผ่นกระจกที่มีความหนาน้อยกว่า 1 ไมโครเมตร และมีประสิทธิภาพถึง 10% ที่ระดับความโปร่งใส 90%³

Pachern Jansa (Asst.Prof.) – School of Engineering, Sripatum University

1 Alaa A.F. Husain et. all “A review of transparent solar photovoltaic technologies”. Renewable and Sustainable Energy Reviews vol.94 (2018) pp.779–791

2 Edgar A. Gunther “Making PV transparent: The ultimate BIPV solution?”. Retrieved from: https://www.pv-tech.org/editors-blog/making-pv-transparent-the-ultimate-bipv-solution

3 Mona Bushnell “How Transparent Solar Panels Affect Construction Companies”. (2018) Retrieved from: https://www.business.com/articles/transparent-solar-windows-construction/

4 Richard Lunt “See-Through Solar Harvesting Surfaces”. (2015) Retrieved from: https://www.youtube.com/watch?v=5Vx59VLc98E&t=113s

Total energy in the world from the use of automotive, transportation and industry is about 16,000 GW⁴ of the average rate of energy, which is an enormous amount of energy consumption. Therefore, to reduce the emission of environmental pollution of fossil energy use, finding alternative energy sources that are environmentally friendly is essential. Solar energy is an energy source that has ample potential for the demand. If considering the efficiency of solar cell at 10% and using only 1 – 2% of the overall land area with solar panel, we still have many times more than we need to power the whole world. Since the technology of solar cells that are prevalent today is opaque solar cells produced from silicon semiconductors, a major problem of installing opaque solar panels is that the large area used to install the sufficient solar panel. The area of ​​the solar panel installation must be a large open space, such as installing solar panels on the land area, or installing a solar rooftop. The most of installation position of solar panels on the ground or solar farms are often far from where of the actually use, that is resulting in losses in energy delivery. In addition, the installation of a solar farm may also be a threat to the use of agricultural or forest areas. And also, the installation of solar panel on the roof is not fully utilized from the surface of the building.

Transparent solar cell technology can be applied to all kinds of glass products. Therefore, it is a technology that has eliminated the limitations of installation area of traditional solar cell. Transparent solar cells can be installed with building glass, windshield of the automotive, smart mobile screen, tablet or watch. If various buildings in large cities are installed with transparent solar cells on all glass surfaces, the building will become a small power plan, which can be used to produce electricity for use in the building itself or share on the power grid. The electricity produced from the automobile glass that is a transparent solar cell can be used to lighten the load of the engine, which may help increase the mileage for several kilometers. Transparent solar cells on the screen will allow us to use mobile devices, smart phones, tablets or watches for longer during the day. And for the effects of solar farms on agricultural areas, we can also apply transparent solar cells to create greenhouses to grow plants as well.

A transparent solar cell is a glass coating technology with dye-sensitize solar cells that aims to optimize both the transmission of visible light while maximizing the wavelength selective absorption of ultraviolet (UV) and near-infrared (NIR) light spectrum for power conversion (As shown in Figure 1). Therefore, the transparent solar cells act as both glass windows and solar cell to generate electricity at the same time.

Transparent solar cells are classified into 2 types; Non-wavelength selective technologies absorb a broad solar spectrum including visible light and realize limited average visible transmission (AVT) between 0 to 50% or wavelength selective approaches according to how visible light is absorbed which achieve 50 to 90% AVT.

Table 1 below summarises each transparent solar cell based on the method of fabrication. Screen-printing

Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC), electrophoretic deposition (EPD) and dip-coating are all methods of depositing a thin film of titanium dioxide (TiO₂) on Fluorine doped tin oxide/Indium-doped tin oxide (FTO/ITO) glass. With screen printing, the transparency is controlled by the screen mesh design.  For the transparent solar cell that can select wavelength, it has lower efficiency such as near-infrared organic photovoltaic (OPV) which focused on absorbing the UV and NIR light spectrum and transmitting visible light through the structure, Transparent luminescent solar cells (TLSC), Polymer solar cells have the heterojunction structure of an NIR polymer material and PCBM. Semi-transparent solar cells are suitable for applications that require low transparency, such as Quantum Dot Solar cell, Perovskite and Tandem Semi-transparent Perovskite.

Table 1 comparisons between different TPV based on process.¹

Although the transparent solar cells have passed through the limitations the installation area of the former solar cells that are opaque, but theirs actual efficiency is still very low. Therefore, this very low in efficiency is an important factor that still cannot be used of the transparent solar cell in the commercial use. More than 80% of transparent solar cells technologies are still under development and need more improvements in order to be compatible with market PVs such as  the following innovators;Brite Solar – are offering with the goal of changing greenhouse agriculture, Onyx Solar – offers fully customizable solar glass in stunning architectural designs that can be chose specific colors, shapes and transparency percentages, Physee – produces the PowerWindow, which sidesteps the difficulty of creating transparent solar cells by simply placing nontransparent solar paneling around the perimeter of the window. The PowerWindow allows users to charge devices directly from a USB on the window, and the system can be accessed with an app, which reports on the performance of each window and constantly monitors outside weather conditions and adapts accordingly, and Ubiquitous Energy – founded by MIT grads, aims to research and develop transparent solar cells as the thin, plastic-like material that can be placed on a window. It is expected for this technology to be ready for small applications such as electronic devices in the coming 5 years ²  Thus far, Ubiquitous Energy has succeeded at achieving 90 percent transparency with 10 percent efficiency, all in a film less than one-thousandth of a millimeter thick. ³

Pachern Jansa (Asst.Prof.) – School of Engineering, Sripatum University

1 Alaa A.F. Husain et. all “A review of transparent solar photovoltaic technologies”. Renewable and Sustainable Energy Reviews vol.94 (2018) pp.779–791

2 Edgar A. Gunther “Making PV transparent: The ultimate BIPV solution?”. Retrieved from: https://www.pv-tech.org/editors-blog/making-pv-transparent-the-ultimate-bipv-solution

3 Mona Bushnell “How Transparent Solar Panels Affect Construction Companies”. (2018) Retrieved from: https://www.business.com/articles/transparent-solar-windows-construction/

4 Richard Lunt “See-Through Solar Harvesting Surfaces”. (2015) Retrieved from: https://www.youtube.com/watch?v=5Vx59VLc98E&t=113s

自動車、輸送、および産業の使用による世界の総エネルギーは、平均エネルギーの約16,000 GW⁴であり、これは膨大な量のエネルギー消費です。したがって、化石エネルギーの使用による環境汚染の排出を削減するには、環境に優しい代替エネルギー源を見つけることが不可欠です。太陽エネルギーは、需要に対して十分な潜在的なエネルギー源です。10％の太陽電池の効率を考慮し、太陽電池パネルで全体の土地面積の1〜2％だけを使用する場合、全世界に電力を供給するのに必要な量よりもまだ何倍もあります。今日普及している太陽電池の技術はシリコン半導体から製造された不透明な太陽電池であるため、不透明な太陽電池パネルを設置する主な問題は、十分な太陽電池パネルを設置するために大きな面積を使用することです。ソーラーパネルの設置エリアは、土地にソーラーパネルを設置したり、ソーラールーフトップを設置したりするなど、大きなオープンスペースでなければなりません。地上またはソーラーファームでのソーラーパネルの設置位置のほとんどは、実際の使用場所から遠く離れていることが多く、エネルギー供給の損失につながります。さらに、ソーラーファームの設置は、農業または森林地域の使用に対する脅威となる可能性もあります。また、屋根へのソーラーパネルの設置は、建物の表面から十分に活用されていません。

透明な太陽電池技術は、あらゆる種類のガラス製品に適用可能です。したがって、従来の太陽電池の設置面積の制限を排除した技術です。透明な太陽電池は、建物のガラス、自動車のフロントガラス、スマートモバイルスクリーン、タブレット、または時計に取り付けることができます。大都市のさまざまな建物のすべてのガラス面に透明な太陽電池が設置されている場合、建物は小さな電力計画になり、建物自体で使用する電力を生成したり、送電網で共有したりできます。透明な太陽電池である自動車のガラスから生成された電気は、エンジンの負荷を軽くするために使用できる。これにより、数キロメートルの走行距離を伸ばすことができます。画面上の透明な太陽電池により、モバイルデバイス、スマートフォン、タブレット、または時計を日中より長く使用できます。また、ソーラーファームの農業地域への影響については、透明な太陽電池を適用して温室を作成し、植物を栽培することもできます。

透明な太陽電池は、色素増感太陽電池を備えたガラスコーティング技術であり、可視光の透過率を最適化すると同時に、電力変換用の紫外（UV）および（図1に示すとおり）電力変換用近赤外（NIR）光スペクトルの波長選択吸収を最大化することを目的としています 。したがって、透明な太陽電池はガラス窓と太陽電池の両方として機能し、同時に発電します。

透明な太陽電池は2種類に分類されます；非波長選択技術は、可視光を含む幅広い太陽光スペクトルを吸収し、また0〜50％の限られた平均可視透過率（AVT）、または、可視光が吸収される方法に応じて、50〜90％のAVTを達成する波長選択アプローチを実現します。

以下の表1は、製造方法に基づいた各透明太陽電池をまとめたものです。スクリーン印刷色素増感太陽電池（DSSC）、電気泳動堆積（EPD）、および浸漬コーティングはすべて、フッ素ドープ酸化スズ/インジウムドープ酸化スズ（FTO / ITO）ガラス上に二酸化チタン（TiO₂）の薄膜を堆積する方法です。スクリーン印刷では、透明度はスクリーンメッシュデザインによって制御されます。波長を選択できる透明な太陽電池の場合、UVおよびNIR光スペクトルを吸収し、構造体を介して可視光を透過することに焦点を当てた近赤外有機光起電力（OPV）などの効率が低く、透明発光太陽電池（TLSC）、ポリマー太陽電池は、NIRポリマー材料とPCBMのヘテロ接合構造を有している。半透明太陽電池は、量子ドット太陽電池、ペロブスカイト、タンデム半透明ペロブスカイトなど、低透明性が必要な用途に適しています。

透明な太陽電池は、不透明な前の太陽電池の設置面積の制限を通過しましたが、実際の効率は未だ非常に低いです。したがって、この非常に低い効率は、商業用途で透明太陽電池を使用することが未だにできない重要な要因です。透明な太陽電池技術の80％以上はまだ開発中であり、次のイノベーターなどの市場のPVと互換性を持たせるためには、さらなる改善が必要です。Brite Solar –温室農業の変化を目標に提供しています。Onyx Solar –は、特定の色、形、透明度を選択できる見事な建築デザインで完全にカスタマイズ可能なソーラーガラスを提供します。Physee – PowerWindowを生成する。これは、窓の周囲に不透明な太陽電池パネルを配置するだけで、透明な太陽電池を作成する困難を回避します。

PowerWindowを使用すると、ユーザーはウィンドウ上のUSBから直接デバイスを充電できる。また、システムにはアプリでアクセス可能であり、各ウィンドウのパフォーマンスをレポートし、外部の気象条件を常に監視し、それに応じて適応する。MIT卒業生によって設立されたユビキタスエネルギーは、窓に置くことができる薄いプラスチックのような材料として透明な太陽電池を研究開発することを目的としています。この技術は、今後5年間で電子機器などの小さなアプリケーションに対応できることが期待されています。²これまでのところ、ユビキタスエナジーは、厚さ1000分の1ミリ未満のフィルムで、90パーセントの透明度と10パーセントの効率を達成することに成功しています。³

Pachern Jansa (Asst.Prof.) – School of Engineering, Sripatum University

1 Alaa A.F. Husain et. all “A review of transparent solar photovoltaic technologies”. Renewable and Sustainable Energy Reviews vol.94 (2018) pp.779–791

2 Edgar A. Gunther “Making PV transparent: The ultimate BIPV solution?”. Retrieved from: https://www.pv-tech.org/editors-blog/making-pv-transparent-the-ultimate-bipv-solution

3 Mona Bushnell “How Transparent Solar Panels Affect Construction Companies”. (2018) Retrieved from: https://www.business.com/articles/transparent-solar-windows-construction/

4 Richard Lunt “See-Through Solar Harvesting Surfaces”. (2015) Retrieved from: https://www.youtube.com/watch?v=5Vx59VLc98E&t=113s