การศึกษาสมรรถนะของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงที่ใช้สีย้อมจากขมิ้น

ทิพย์วรรณ รุ่งสว่าง; สุชีวัน กรอบทอง; กฤษฎา โฮ่งสิทธิ์; สุภาพ ชูพันธ์; สุทธิพจน์  วงศ์ฤกษ์ดี

ผู้แต่ง

ทิพย์วรรณ รุ่งสว่าง ภาควิชาวิทยาศาสตร์กายภาพและวัสดุศาสตร์ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140
สุชีวัน กรอบทอง ภาควิชาวิทยาศาสตร์กายภาพและวัสดุศาสตร์ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140
กฤษฎา โฮ่งสิทธิ์ ภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ อำเภอเมืองเชียงใหม่ จังหวัดเชียงใหม่ 50200
สุภาพ ชูพันธ์ ภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ อำเภอเมืองเชียงใหม่ จังหวัดเชียงใหม่ 50200
สุทธิพจน์ วงศ์ฤกษ์ดี ภาควิชาวิทยาศาสตร์กายภาพและวัสดุศาสตร์ คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน อำเภอกำแพงแสน จังหวัดนครปฐม 73140

คำสำคัญ:

เซลล์แสงอาทิตย์, สีย้อมธรรมชาติ, ขมิ้น, เคอร์คูมินอยด์

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ศึกษาการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง (Dye-sensitized solar cells; DSSCs) ที่ใช้สีย้อมธรรมชาติสกัดจากผงขมิ้นซึ่งมีสารสำคัญในกลุ่มเคอร์คูมินอยด์เป็นตัวดูดกลืนแสงโดยสกัดด้วยเอทานอลและกวนด้วยเครื่องกวนแม่เหล็กที่ความเร็วรอบ 820 rpm เป็นเวลา 30 นาที อุณหภูมิ 25 °C จากนั้นเตรียมโฟโตอิเล็กโทรดจากผงซิงค์ออกไซด์ (ZnO) เคลือบลงบนกระจกนำไฟฟ้าและย้อมด้วยสารสกัดขมิ้น นำโฟโตอิเล็กโทรดที่ย้อมสีมาประกอบกับเคาน์เตอร์อิเล็กโทรดแพลทินัมเพื่อสร้างเซลล์ DSSCs เมื่อตรวจสอบสมบัติการดูดกลืนแสงของสารละลายขมิ้นด้วยเทคนิคอัลตราไวโอเลต-วิสิเบิล สเปกโตรสโกปี พบพีคการดูดกลืนที่ตำแหน่งความยาวคลื่น 420 nm ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนระดับพลังงานแบบ p®p* ของโครงสร้างคอนจูเกตในโมเลกุลเคอร์คูมิน จากการวิเคราะห์หมู่ฟังก์ชันด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปีพบหมู่ไฮดรอกซิลและ คาร์บอนิลซึ่งช่วยเสริมการยึดเกาะของสีย้อมกับพื้นผิว ZnO ผลการทดสอบเซลล์ DSSCs พบว่าความหนาแน่นกระแสลัดวงจรเท่ากับ 1.02 ± 0.22 mA/cm² ค่าความต่างศักย์วงจรเปิดเท่ากับ 0.35 ± 0.01 V และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเท่ากับ 0.13 ± 0.04 % แม้ว่าประสิทธิภาพของเซลล์ DSSCs จะอยู่ในระดับต่ำ แต่ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าสีย้อมจากขมิ้นมีศักยภาพในการประยุกต์ใช้เป็นสีย้อมธรรมชาติสำหรับ DSSCs และสามารถพิจารณาเป็นแนวทางในการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ต้นทุนต่ำและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้

เอกสารอ้างอิง

Ammar, A. M., Mohamed, H. S. H., Yousef, M. M. K., Abdel-Hafez, G. M., Hassanien, A. S., & Khalil, A. S. G. (2019). Dye-sensitized solar cells (DSSCs) based on extracted natural dyes. Journal of Nanomaterials, 2019, 1867271. https://doi.org/10.1155/2019/1867271

Calogero, G., & Marco, G. D. (2008). Red Sicilian orange and purple eggplant fruits as natural sensitizers for dye-sensitized solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 92(11), 1341-1346. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2008.05.007

Cari, C., Khairuddin, Septiawan, T. Y., Suciatmoko, P. M., Kurniawan, D., & Supriyanto, A. (2018). The preparation of natural dye for dye-sensitized solar cell (DSSC). AIP Conference Proceedings, 2014(1), 020106. https://doi.org/10.1063/1.5054510

Ciuca, M. D., & Racovita, R. C. (2023). Curcumin: Overview of Extraction Methods, Health Benefits, and Encapsulation and Delivery Using Microemulsions and Nanoemulsions. International Journal of Molecular Sciences, 24(10), 8874. https://doi.org/10.3390/ijms24108874

Ferreira, J. R. M., Alves, M., Sousa, B., Vieira, S. I., Silva, A. M. S., Guieu, S., Cunha, Â., & Nunes da Silva, R. (2023). Curcumin-based molecular probes for fluorescence imaging of fungi. Organic & Biomolecular Chemistry, 21, 1531–1536. https://doi.org/10.1039/D2OB01872A

Grätzel, M. (2003). Dye-sensitized solar cells. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 4(2), 145-153. https://doi.org/10.1016/S1389-5567(03)00026-1

Gibbard, J. A. (2025). On the intrinsic stability of curcumin. Physical Chemistry Chemical Physics, 27, 22698-22709. https://doi.org/10.1039/D5CP02049B

Hasin, P., & Kladkaew, M. (2019). Economical dye-sensitized solar cells based on polypyrrole/multiwalled carbon nanotube@reduced graphene oxide nanoribbon counter electrode. Defense Technology Academic Journal, 1(3), 38–51.

Ismail, M., Ludin, N. A., Hamid, N. H., Ibrahim, M. A., & Sopian, K. (2018). The effect of chenodeoxycholic acid (CDCA) in mangosteen (Garcinia mangostana) pericarps sensitizer for dye-sensitized solar cell (DSSC). Journal of Physics: Conference Series, 1083(1), 012018. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1083/1/012018

Mardiyati, Y., Fauza, A. N., Steven, S., Hansen, Shoimah, S. M., Rachman, O. A., Nuruddin, A., & Hidayat, R. (2023). Initial study of curcumin extraction from turmeric as an indicator for basic solution detector. AIP Conference Proceedings, 2538(1), 050004. https://doi.org/10.1063/5.0115465

Melo, N. J., Soares, J. M., Dovigo, L. N., Carmona-Vargas, C., Aguiar, A. S. N., dos Passos, A. C., de Oliveira, K. T., Bagnato, V. S., Dias, L. D., & Inada, N. (2024). Photodynamic action of synthetic curcuminoids against Staphylococcus aureus: Experimental and computational evaluation. Chemistry, 6(4), 581–600. https://doi.org/10.3390/chemistry6040036

Moussawi, R. N., & Patra, D. (2016). Modification of nanostructured ZnO surfaces with curcumin: fluorescence-based sensing for arsenic and improving arsenic removal by ZnO. RSC Advances, 6, 17256-17268. https://doi.org/10.1039/C5RA20221C

Onah, E. H., Lethole, N. L., & Mukumba, P. (2024). Luminescent Materials for Dye-Sensitized Solar Cells: Advances and Directions. Applied Sciences, 14(20), 9202. https://doi.org/10.3390/app14209202

Prajapat, K., Mahajan, U., Dhonde, M., Sahu, K., Sakthivel, P., Vyas, S., & Shirage, P. M. (2025). Anthocyanin-sensitized Cu-doped TiO2 nanoparticles for efficient and sustainable dye-sensitized solar cells. Materials Advances, 6, 2371–2384. https://doi.org/10.1039/D4MA01297F

Rani, S., Mishra, S., Sharma, M., Nandy, A., & Mozumdar, S. (2020). Solubility and stability enhancement of curcumin in Soluplus® polymeric micelles: a spectroscopic study. Journal of Dispersion Science and Technology, 41(4), 523–536. https://doi.org/10.1080/01932691.2019.1592687

Sajan, D., Joseph, L., Vijayan, N., & Karabacak. M. (2011). Natural bond orbital analysis, electronic structure, non-linear properties and vibrational spectral analysis of l-histidinium bromide monohydrate: A density functional theory. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 81(1), 85-98. https://doi.org/10.1016/j.saa.2011.05.052

Sharma, G., Dawo, C., Kumawat, U. K., Saini, S. K., Singhal, R. K., & Lal, C. (2023). Revealing the relaxation kinetics of curcumin based dye-sensitized solar cell. Materials Science and Engineering: B, 298, 116905. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2023.116905

Subhan, M. A., Alam, K., Rahaman, M. S., Rahman, M. A., & Awal, R. (2013). Synthesis and Characterization of Metal Complexes Containing Curcumin (C21H20O6) and Study of their Anti-microbial Activities and DNA-binding Properties. Journal of Scientific Research, 6(1), 97–109. https://doi.org/10.3329/jsr.v6i1.15381

Sung, H. K., Lee, Y., Kim, W. H., Lee, S.-J., Sung, S.-J., Kim, D.-H., & Han, Y. S. (2020). Enhanced Power Conversion Efficiency of Dye-

Sensitized Solar Cells by Band Edge Shift of TiO2 Photoanode. Molecules, 25(7), 1502. https://doi.org/10.3390/molecules25071502

Wang, X., Shen, C., Li, J., Zhang, M., & Song, P. (2023). Control and regulation of the performance of fullerene-based dye-sensitized solar cells with a D–D–A structure by external electric fields. Nanoscale Advances, 5, 3267–3278. https://doi.org/10.1039/D3NA00115F