‘เอ็ดมันด์ เบคคีเรล’ นักฟิสิกส์ผู้ค้นพบหลักการสร้าง ‘โซลาร์เซลล์’ ตั้งแต่อายุแค่ 19 ปี

• ‘เอ็ดมันด์ เบคคีเรล’ มีสายเลือดนักฟิสิกส์โดยแท้ เขาโตในห้องทดลองของพ่อ และสนใจศึกษาเรื่องสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ ไฟฟ้า วิทยาศาสตร์แห่งแสงและสายตา 
• การค้นพบของเขาได้กลายเป็นรากฐานให้นักวิชาการหลายคน นำไปพัฒนาและวิจัยพลังงานแสงอาทิตย์ จนเกิดเป็นโซลาร์เซลล์ในอีก 100 ปีต่อมา 

“อากาศที่ว่าร้อน เจอบิลค่าไฟแล้วจะหนาว” 

นี่คือประโยคตลกร้ายที่คนไทยเอามาเล่นกัน หวังดับความขมขื่นเมื่อเจอค่าไฟมหาโหดในช่วงหน้าร้อน 

แต่ระหว่างที่หลายคนกำลังนับเงินในกระเป๋าว่าจะพอจ่ายค่าไฟเดือนนี้หรือไม่ ปรากฏว่ามีการแชร์วิธีประหยัดค่าไฟด้วยการติดตั้ง ‘โซลาร์เซลล์’ (solar cell)

จุดกระแสให้พลังงานทางเลือกจากดวงอาทิตย์ถูกพูดถึงอีกครั้ง 

เมื่อลองค้นคว้าข้อมูลจะพบว่า มีผู้ได้รับการยกย่องให้เป็น ‘บิดาแห่งโซลาร์เซลล์’ อยู่หลายคน 

แต่คนที่ The People จะยกขึ้นมาอวยยศในบทความชิ้นนี้คือ ‘เอ็ดมันด์ เบคคีเรล’ (Edmond Becquerel) ผู้ค้นพบปรากฏการณ์ 'โฟโตโวลตาอิก' (photovoltaic) ซึ่งเป็นหลักการทำงานที่สำคัญของโซลาร์เซลล์

เอ็ดมันด์ เบคคีเรล เป็นชาวปารีเซียงโดยกำเนิด เขาเกิดเมื่อวันที่ 24 มีนาคม 1820 เป็นลูกชายของ ‘อองตวน ซีซาร์ เบคคีเรล’ (Antoine César Becquerel) นักฟิสิกส์ประจำพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติฝรั่งเศส (Museum National D’Histoire Naturelle) 

ทีนี้ก็ไม่ต้องสืบแล้วว่าได้เลือดนักฟิสิกส์มาจากใคร 

เมื่ออายุได้ 29 ปี เอ็ดมันด์ได้รับแต่งตั้งให้เป็นศาสตราจารย์ประจำสถาบันปฐพีศาสตร์ในเมืองแวร์ซาย (Agronomic Institute in Versailles) พ่วงด้วยตำแหน่งประธานสาขาฟิสิกส์ที่สถาบันศิลปะและหัตถกรรมแห่งชาติของฝรั่งเศส  (Conservatoire des Arts et Métiers) ในปี 1853 

เลือดนักฟิสิกส์ของเขายังถ่ายทอดไปถึงลูกชายคือ ‘อองรี เบคคีเรล’ (Henri Becquerel) ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ จากการค้นพบกัมมันตภาพรังสีในปี 1903 

ย้อนไปที่วัยเด็กของเอ็ดมันด์ เขาคลุกคลีอยู่ในห้องทดลองของพ่อตั้งแต่ยังตัวเล็ก ๆ

แทนที่จะออกไปวิ่งเล่นหรือเตะฟุตบอลเหมือนคนอื่น ๆ เด็กชายเอ็ดมันด์กลับสนใจศึกษาเรื่องสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ ไฟฟ้า วิทยาศาสตร์แห่งแสงและสายตา รวมถึงปรากฏการณ์การวาวแสง (fluorescence) และการเปล่งแสงของวัตถุ (phosphorescence)

พอโตขึ้นมาหน่อยเขาก็ได้ประดิษฐ์กล้องฟอสฟอโรสโคปเพื่อสำรวจและตรวจวัดการเรืองแสงของวัตถุต่าง ๆ 

แต่ในบรรดาผลงาน การวิจัย และสิ่งประดิษฐ์ จำนวนมาก ชื่อของ ‘เอ็ดมันด์ เบคคีเรล’ เป็นที่รู้จักมากสุดในฐานะบุคคลแรกที่สังเกตเห็นปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก

ปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกเป็นปรากฏการณ์แสงตกกระทบวัตถุที่มีความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง

เอ็ดมันด์พบปรากฏการณ์ที่น่าตื่นเต้นนี้ในปี 1839 ขณะที่เขามีอายุเพียง 19 ปี!

ในตอนนั้นเขาทดลองใส่ซิลเวอร์คลอไรด์ลงในสารละลายที่เป็นกรด และฉายแสงลงไปในขณะที่มันเชื่อมต่อกับขั้วไฟฟ้าแพลทินัม 

ปรากฏว่ามันทำให้เกิดแรงดันและกระแสไฟฟ้า ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นในการผลิตไฟฟ้า

นี่จึงเป็นสาเหตุที่ในช่วงแรก ๆ นักวิทยาศาสตร์เรียกปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกว่า ‘เบคคีเรล เอฟเฟกต์’ (Becquerel effect)

การค้นพบของเขาได้กลายเป็นรากฐานให้นักวิชาการหลายคน นำไปพัฒนาและวิจัยพลังงานแสงอาทิตย์ จนเกิดเป็นโซลาร์เซลล์ ซึ่งในเวลานั้นยังมีประสิทธิภาพน้อยมาก

ส่วนตัวเขาเองได้นำหลักการของปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกไปพัฒนา ‘แอคติโนกราฟ’ (actinograph) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดความเข้มข้นของแสงที่เปล่งออกมา เพื่อบันทึกอุณหภูมิของวัตถุที่ได้รับความร้อนจากแสง 

ผ่านไป 44 ปี หลังจากเอ็ดมันด์พบปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก นักประดิษฐ์ชาวอเมริกันชื่อ ‘ชาร์ลส์ ฟริตส์’ (Charles Fritts) ได้นำหลักการของโฟโตโวลตาอิกไปสร้างเซลล์โฟโตโวลตาอิกเป็นครั้งแรกในปี 1883 

ชาร์ลส์ใช้วิธีบีบอัดซีลีเนียมหลอมเหลวเข้ากับแผ่นทองคำและทองเหลืองในกล่องแก้ว ซึ่งเมื่อแสงส่องลงไปในกล่อง อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านซีลีเนียม ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

ต้นแบบเซลล์โฟโตโวลตาอิกของชาร์ลส์ กลายมาเป็นแบบพิมพ์แรกสุดของโซลาร์เซลล์

ต่อมาในปี 1887 ‘ไฮน์ริช เฮิร์ตซ์’ (Heinrich Hertz) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน เป็นคนแรกที่ค้นพบปรากฏการณ์ 'โฟโตอิเล็กทริก' (photoelectric) 

มันเป็นกระบวนการที่แสงสัมผัสกับพื้นผิวแข็ง (โดยปกติจะเป็นโลหะ) แล้วปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมา

เขาตั้งข้อสังเกตว่าการนำวัตถุไปสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลต จะยิ่งทำให้เกิดพลังงานมากกว่าแสงที่มองเห็นเสียอีก

จากนั้น ‘อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์’ (Albert Einstein) ได้เสนอทฤษฎีเกี่ยวกับโฟโตอิเล็กทริกเพิ่มเติมในปี 1905 

เขาอธิบายว่า แสงประกอบด้วยพลังงานที่รวมกลุ่มกันแน่นและตอบสนองต่อความถี่บางชนิด โดยกลุ่มพลังงานที่รวมกันแน่น (ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าโฟตอน) จำเป็นต้องเจอกับความถี่จึงจะปลดปล่อยอิเล็กตรอนออกมาจากโลหะได้ 

แล้วอัลเบิร์ตก็คว้ารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1921 จากการศึกษาเรื่องนี้

ปี 1888 ‘อเล็กซานเดอร์ สโตเลตอฟ’ (Aleksandr Stoletov) นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ได้สร้างโซลาร์เซลล์ขึ้นเป็นครั้งแรก โดยอ้างอิงจากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

ในปีเดียวกัน ‘เอ็ดเวิร์ด วัตสัน’ (Edward Weston) ก็ได้จดสิทธิบัตรโซลาร์เซลล์ 2 ฉบับ

สิทธิบัตรฉบับแรกของเอ็ดเวิร์ดเสนอให้เปลี่ยนรังสีจากดวงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ส่วนอีกฉบับเสนอให้เปลี่ยนแสงเป็นพลังงานกล

ผ่านไปหนึ่งศตวรรษ ‘รัสเซลล์ โอล์’ (Russell Ohl) วิศวกรชาวอเมริกัน จึงได้จดสิทธิบัตรโซลาร์เซลล์สมัยใหม่ตัวแรกของโลก หลังจากที่เขาประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ได้เพียงไม่นาน

โซลาร์เซลล์ตัวแรกของโลกจะไม่มีทางเกิดขึ้นเลย หากในวันนั้น เอ็ดมันด์ เบคคีเรล ไม่ได้ค้นพบปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก และผู้คนทั่วโลกอาจจะยังติดอยู่กับการใช้น้ำมันและเชื้อเพลิงฟอสซิล 

ทั้งที่ความจริงแล้ว ดวงอาทิตย์ ซึ่งช่วยให้พืชเจริญเติบโต ทำให้ผิวของมนุษย์แข็งแรง และทำให้จิตใจที่ตึงเครียดสงบลงได้ เป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานที่ทรงพลังที่สุด ซึ่งอาจคงอยู่กับมนุษยชาติไปจนสิ้นยุค

ภาพ: Getty Images และ Pixabay

อ้างอิง:

solenergy

solarnrg.ph

solaric.com.ph

ibsolar