เซลล์แสงอาทิตย์กับสีย้อมไวแสงจากพืชในประเทศไทย

เซลล์แสงอาทิตย์กับสีย้อมไวแสงจากพืชในประเทศไทย
(Solar cells and dye-sensitizer from Thai plants)

โดย
พีรกิตติ์ คมสัน
นิสิตปริญญาตรีปีสาม ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย


ผู้เขียนค้นคว้าเรื่องเหล่านี้ตอนเรียนอยู่ปีหนึ่ง แต่ต้องล้มเลิกไปเสียก่อน (ต้านนานาแรงต้านไม่ไหว) อีกสองปีจึงนำสิ่งที่เคยคิดและหาข้อมูลไว้ไว้มาเขียนเป็นบทความทางวิชาการ และผ่านการพิจารณาให้ตีพิมพ์โดยไม่ต้องแก้ไข พร้อมคำชมเชย และยกให้เป็นบทความประเภท review
แหล่งผลิตไฟฟ้าสำหรับท้องถิ่นดีอย่างไร
ก่อนอื่นเราควรพิจารณาประโยชน์ของแหล่งผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก ที่สามารถนำไปใช้ในท้องถิ่น เช่นเซลล์แสงอาทิตย์ ถ้าการพัฒนาประสบความสำเร็จ ประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นมีดังนี้

1. ลดค่าใช้จ่ายและพลังงานที่สูญเสียในการขนส่งกระแสไฟฟ้าระยะไกลของประเทศชาติ

2. ลดการก่อสร้างโรงผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ (ทำให้คนในท้องถิ่นยังคงมีไฟฟ้าใช้หากศูนย์รวมการผลิตไฟฟ้าเกิดภัยธรรมชาติหรือภัยสงคราม)

3. ลดการจ่ายค่าไฟฟ้าเพราะมีแหล่งพลังงานใกล้ตัว (คนในท้องถิ่นได้ประโยชน์)

4. ลดการปล่อยมลพิษ เช่นไนโตรเจนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และสารปรอท จากการผลิตไฟฟ้า เพื่อความปลอดภัยของสิ่งมีชีวิต แหล่งยาและอาหารจากความหลากหลายทางชีวภาพ ลดปัญหาการขาดแคลนน้ำ ชะลอระดับน้ำทะเลที่กำลังกินพื้นที่ชายฝั่ง

5. สนับสนุนเศรษฐกิจแบบพึ่งตนเองได้ ไม่รวมศูนย์อยู่ในเมืองใหญ่


เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง
เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้มีองค์ประกอบที่ทำหน้าที่ต่างกันเป็นชั้นๆ จึงเปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้าได้ เซลล์อย่างง่ายสำหรับการสาธิตประกอบด้วย

1. กระจกใสที่นำไฟฟ้าได้ มาจากกระจกโปร่งใสที่เคลือบฟิล์มของดีบุก(IV) ออกไซด์ที่ผ่านการโดป (doped SnO2) หรือสารในกลุ่มออกไซด์ที่นำไฟฟ้าได้ (transparent conducting oxide, TCO) เพื่อส่งผ่านอิเล็กตรอน

2. ฟิล์มไทเทเนียม(IV) ออกไซด์ (TiO2) ที่มีรูพรุน ในรูปผลึกระดับนาโน แบบอะนาเทส (anatase) ซึ่งเป็นวัสดุที่เสถียร ราคาถูก ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ได้ดีมาก และไม่เป็นพิษ (TiO2 ได้รับการยอมรับให้ผสมในยาสีฟัน น้ำตาลไอซ์ซิ่ง และลูกกวาด) อาจผสมวัสดุอื่น ชั้นนี้ยิ่งมีพื้นที่ผิวมากก็ยิ่งดี เพราะความพรุนทำให้ยึดเกาะสีย้อมไวแสงได้มาก ฟิล์ม TiO2 นี้ใช้เคลือบใต้กระจกนำไฟฟ้าด้านที่สัมผัสแสง

3. สีย้อมไวแสง (sensitizing dye) ที่จะดูดกลืนแสงที่จะมากระทบ ประกอบด้วยโมเลกุลที่จะปล่อยอิเล็กตรอนพลังงานสูงออกมาเมื่อกระทบพลังงานแสง

4. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ ช่วยส่งผ่านอิเล็กตรอน อาจเป็นของเหลว เจล หรืออยู่ในรูปแบบอื่นตามแต่จะพัฒนาขึ้นมา สารละลายอิเล็กโทรไลต์เหลวที่นิยมใช้กันนั้นประกอบด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ เกลือไอโอไดด์ และไอโอดีน

5. ชั้นตัวเร่งปฏิกิริยา บนกระจกนำไฟฟ้าด้านล่าง ที่จะรับอิเล็กตรอนจากวงจรภายนอกมาส่งให้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ เพื่อส่งอิเล็กตรอนคืนให้สีย้อมไวแสง วัสดุที่ใช้อาจเป็นฟิล์มแกรไฟต์หรือแพลทินัม (Dyesol, 2007)

เมื่อแสงส่องผ่านมากระทบสีย้อมไวแสง อิเล็กตรอนในโมเลกุลสีย้อมไวแสงที่ถูกกระตุ้นไปที่ระดับพลังงานสูงก็จะส่งกระแสไฟฟ้าขั้วลบผ่านผลึก TiO2 ที่สีย้อมไวแสงนั้นเคลือบอยู่ แล้วเคลื่อนไปสู่ขั้วไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าใต้แผ่นกระจกด้านที่รับแสงจึงให้กระแสขั้วลบ เมื่อกระแสผ่านวงจรไฟฟ้าภายนอก แล้วเคลื่อนผ่านเข้ามาบนกระจกนำไฟฟ้าด้านล่าง อุปกรณ์ข้อ 5 ก็จะช่วยส่งอิเล็กตรอนผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์ และกลับสู่สีย้อมไวแสง (Grätzel, 2003)


ปัจจุบันวัสดุที่ใช้อาจเปลี่ยนไป องค์ประกอบแต่ละส่วนสามารถเลือกใช้หรือแยกพัฒนาเพื่อปรับปรุงคุณภาพให้ดีขึ้น ให้หาง่ายและช่วยลดต้นทุนมากขึ้นได้ นักวิจัยเชื่อว่าการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ไม่จำเป็นต้องมาจากโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่เบ็ดเสร็จเหมือนเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสารกึ่งตัวนำ และเชื่อว่าถ้าพัฒนาถึงระดับหนึ่ง ประชาชนจะหาซื้อวัตถุดิบมาประกอบใช้เองได้อย่างง่าย เพราะอุปกรณ์ราคาไม่แพง แต่ยังมีปัญหาในการประยุกต์ เพราะยังเป็นที่สงสัยว่าอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงจะเสื่อมสภาพเมื่อใช้ไม่นาน และต้องใช้สีย้อมไวแสงที่มีราคาแพงเกินไป

ในทางทฤษฎี Ferber et al. (1998) ได้เสนอแบบจำลองทางไฟฟ้าแบบหนึ่งของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ ส่วน Greijer et al. (2000) ศึกษาผลทางสิ่งแวดล้อมของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้และเสนอว่า นี่น่าจะเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าทางเลือกที่ยั่งยืน แต่มีสิ่งที่ควรจะทำให้ดีขึ้น คือ ประสิทธิภาพ (efficiency), การผลิตที่ใช้พลังงานต่ำกว่านี้ และวัสดุที่ใช้ควรจะนำกลับมาใช้ใหม่ได้

ปัจจุบันมีเซลล์แสงอาทิตย์อีกแบบหนึ่งที่ท้าทายต่อการนำไปใช้ Miyasaka and Murakami (2004) รายงานอุปกรณ์ลักษณะคล้ายกันนี้ แต่เป็นรูปแบบที่ซับซ้อนขึ้น เก็บประจุไฟฟ้าในตัวเองได้ เรียกว่า "photocapacitor" ซึ่งใช้งานได้แม้ไม่ค่อยมีแสงแดด และปล่อยกระแสไฟฟ้าได้ในที่มืด


สีย้อมไวแสง กับเรื่องน่าคิด
สีย้อมไวแสงเป็นองค์ประกอบที่จะดูดกลืนแสงเพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า มีตัวอย่างในธรรมชาติคือ คลอโรฟิลล์ ซึ่ง Tennekone and Divigalpitiya (1981) นำมาทำเซลล์แสงอาทิตย์

สีย้อมไวแสงที่เหมาะสมในการใช้งานควรมีคุณสมบัติเบื้องต้นคือ เป็นโมเลกุลที่ดูดกลืนแสงได้มากเป็นช่วงกว้าง ในช่วงความยาวคลื่นที่มีแสงตกลงมามาก (เช่น ถ้ามีพันธะคู่สลับเดี่ยวหรือเป็นอะโรเมติก ก็จะดีเพราะสามารถดูดกลืนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแล้วส่งอิเล็กตรอนผ่านพันธะไพ และยังมีความเสถียรเมื่อเกิดประจุบวกในกระบวนการ) มีคุณสมบัติในการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ควรจะยึดเกาะบนผลึก TiO2 ได้ดี (เช่นการมีหมู่กรดอินทรีย์ เป็นต้น) มีความคงทน คือ ไม่สลายตัวเมื่อใช้งานไปนานๆ สีย้อมไวแสงที่มีคุณสมบัติพอมักเป็นสารเชิงซ้อนของรูทิเนียม ซึ่งให้ประสิทธิภาพสูงแต่ราคาแพง เช่น Ru(2,2’-bipyridine-4,4’-dicarboxylic acid)2(NCS)2 หรือนิยมเรียกว่า N3 (Nazeeruddin, 1993) ซึ่งถูกใช้อย่างกว้างขวางเพราะให้ประสิทธิภาพสูง

ค่าใช้จ่ายในการผลิตสีย้อมไวแสงที่มาจากสารสังเคราะห์ทางเคมี ทำให้นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มค้นหาสีย้อมไวแสงที่ไม่ต้องใช้ธาตุรูทิเนียม และค้นหาแหล่งสีย้อมไวแสงจากธรรมชาติ ซึ่งนอกจากจะดูดกลืนแสงได้กว้างและมากแล้ว ข้อจำกัดเรื่องทรัพยากรและความยุ่งยากยังน้อยกว่าสารสังเคราะห์ทางเคมีอีกด้วย

นอกจากนี้ ในด้านสิ่งแวดล้อม สารเคมีสังเคราะห์จำนวนมากรวมทั้งสีย้อม ล้วนเป็นสารที่ก่ออันตรายต่อชีวิตได้ (ปัจจุบันประเทศในยุโรปห้ามนำเข้าสิ่งทอที่ย้อมด้วยสีเอโซ (azo dyes) ที่สามารถแตกตัวให้สารก่อมะเร็ง) มลพิษจากกระบวนการผลิตสีย้อมและน้ำทิ้งอาจทำให้ดินและน้ำเสีย การกำจัดใช้ค่าใช้จ่ายสูง ในขณะที่การใช้สีย้อมจากพืชมีผลดีคือ เมื่อการผลิตพึ่งพาเทคโนโลยีขนาดใหญ่น้อยลง สังคมก็จะพึ่งตนเองได้อย่างยั่งยืนมากขึ้น หากโรงงานถูกทำลายแล้วเครื่องมือการผลิตสิ่งสำเร็จรูปมีน้อยลง เราก็ยังมีภูมิปัญญาที่นำวัตถุดิบในธรรมชาติมาแปรรูปใช้ได้มากขึ้น

สีย้อมไวแสงสังเคราะห์หลายชนิดมีสมบัติการถ่ายโอนอิเล็กตรอนดีเพราะเป็นสารเชิงซ้อนของไอออนโลหะรูทิเนียม สารสกัดจากพืชก็อาจนำมาปรับปรุงได้ด้วยการเกิดสารเชิงซ้อนกับธาตุเหล็ก ซึ่งเป็นโลหะทรานซิชันหมู่เดียวกับรูทิเนียม ที่มีข้อดีคือ สารประกอบของเหล็กราคาไม่แพง ในวงการย้อมผ้ารู้กันว่า ไอออนเหล็ก Fe2+ เป็นตัวช่วยให้เกิดการยึดเกาะที่ให้สีเข้มมืด

น่าพิจารณาว่า อาจเป็นไปได้ว่ามีพืชบางชนิดที่มีรงควัตถุที่มีคุณสมบัติเหมาะสม ประเทศไทยน่าจะได้เปรียบในความหลากหลายของรงควัตถุ เพราะมีความหลากหลายทางชีวภาพ


รายงานการทดลองใช้สีย้อมไวแสงจากพืช
ความคิดที่จะใช้รงควัตถุจากพืชมาเป็นสีย้อมไวแสงสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์นั้น ในประเทศไทยยังไม่ค่อยมีงานวิจัยที่จริงจัง และความคิดที่จะทำมักจะถูกคัดค้านจากนักวิชาการในเมืองใหญ่ แต่ในต่างประเทศนั้น มีรายงานการวิจัยหลายเรื่องที่ใช้สีย้อมไวแสงจากพืชโดยตรง นิยมสกัดสีย้อมจากดอกและผลของต้นไม้

ในประเทศจีน Hao et al. (2006) รายงานว่าได้นำ ข้าวเหนียวดำ (black rice), ดอกปาริฉัตร, ดอก Rosa Xanthina, พริก และสาหร่ายทะเล มาสกัดด้วยอัลกอฮอล์แล้วทำให้สีย้อมบริสุทธิ์ขึ้นด้วยโครมาโทกราฟี นำสีย้อมมาทดลองทำเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง ได้ผลว่าสีย้อมจากข้าวเหนียวดำดีที่สุด เนื่องจากข้าวเหนียวดำมีแอนโทไซยานิน (anthocyanin) ซึ่งยึดเกาะฟิล์ม TiO2 ได้ดี

แอนโทไซยานิน ซึ่งพบได้ง่ายในดอกไม้และผลไม้ที่มีสีเข้ม และคงทนในสภาพกรด ได้รับความสนใจมากกว่ารงควัตถุในธรรมชาติชนิดอื่น สมบัติในการยึดเกาะอนุภาค TiO2 เกิดจากหมู่ไฮดรอกซีในโมเลกุล งานวิจัยที่ใช้ส่วนของพืชที่มีสารในกลุ่มแอนโทไซยานินมาเป็นสีย้อมไวแสง เช่น Sirimanne et al. (2006) ใช้รงควัตถุจากผลทับทิม Dai and Rabani (2001) ใช้รงควัตถุจากผลทับทิมในตัวกลางที่เป็นน้ำ Garcia et al. (2003a) ใช้รงควัตถุในลูกหว้า (Eugenia jambolana Lam) โดยสกัดจากน้ำผลไม้สด Polo et al. (2006) ศึกษาการใช้แอนโทไซยานินสีม่วงน้ำเงินจาก jaboticaba (Myrtus cauliflora Mart) และ calafate (Berberies buxifolia Lam) ส่วน Kumara et al. (2006) รายงานสีย้อมไวแสงที่สกัดจากใบชิโซ (shiso) และ Garcia et al. (2003b) ศึกษาส่วนสกัดสดจากผล chaste tree (Solanum americanum, Mill.), mulberry (Morus alba, L.) และ cabbage-palm (Euterpe oleracea, Mart) มาใช้เป็นสีย้อมไวแสง เปรียบเทียบกับสารประกอบของรูทิเนียม และเสนอว่าการใช้สีย้อมไวแสงจากผลไม้ทั้งสาม เป็นทางเลือกในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่รวดเร็วกว่า ง่ายกว่า และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าสีย้อมสังเคราะห์ แต่ต้องรอการศึกษาความเสถียรในการใช้งาน ผลการวิจัยได้ทำให้นักวิจัยกลุ่มหนึ่งกล้าที่จะค้นหาสีย้อมไวแสงจากธรรมชาติในประเทศบราซิล ซึ่งอุดมด้วยความหลากหลายทางชีวภาพต่อไป (Polo et al., 2004)

Amao et al. (2004) รายงานการนำอนุพันธ์ของคลอโรฟิลล์ที่ผ่านการไฮโดรไลซ์ให้มีหมู่กรดอินทรีย์ ซึ่งจับยึด TiO2 ได้ดี มาใช้เป็นสีย้อมไวแสงในเซลล์แสงอาทิตย์ ส่วน Yamazaki et al. (2007) ใช้สารในกลุ่มแคโรทีนอยด์ (carotenoids) เป็นสีย้อมไวแสง

Tennakone et al. (1998a) รายงานการใช้สีย้อมไวแสงพวกแทนนินและสารประกอบฟีนอลิก ได้ผลที่น่าสนใจ มีรายงานว่าสารกลุ่มนี้ (ซึ่งพบในชาดำ) มีคุณสมบัติที่ดีเมื่อยึดเกาะบน TiO2 เพราะเกิดสารเชิงซ้อนกับไอออนไทเทเนียม (Tennakone et al., 1996)

Tennakone et al. (1998b) รายงานการใช้รงควัตถุซานทาลิน (santalin) ที่แยกจากไม้จันทน์แดง (Pterocarpus santalinus) เป็นสีย้อมไวแสงในเซลล์แบบของแข็ง ทดสอบได้กระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ที่สูงในระดับที่น่าพอใจ และซานทาลินที่เคลือบบน TiO2 ระดับนาโนมีความเสถียรสูง เพราะเกิดสารเชิงซ้อนที่แข็งแรงกับ TiO2

ในประเทศไทย Wongcharee et al. (2007) รายงานการศึกษาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงที่ใช้สารสกัดจากกระเจี๊ยบ และดอกอัญชัน ได้ผลว่า กระเจี๊ยบให้ประสิทธิภาพดีกว่าดอกอัญชันและสารผสม แตกต่างจากผลการทดลองของจักรพงษ์ ศรีแก้วเลิศ และคณะ ที่กล่าวว่าอัญชันให้กำลังไฟฟ้าดีที่สุด รองลงมาคือกระเจี๊ยบ ใบยอ และใบอ่อนสัก (กระทรวงพลังงาน, 2550)


พืชที่ให้สีในประเทศไทย
พืชเป็นแหล่งสารอินทรีย์ที่หลากหลาย คนไทยก็มีภูมิปัญญาการทำสีผสมอาหารและสีย้อมผ้าจากพืชมากมาย ตัวอย่างสีผสมอาหารจากพืช เช่น กลีบเลี้ยงกระเจี๊ยบให้สีแดง ดอกแก่คำฝอยให้สีเหลือง เมล็ดคำแสดให้สีส้ม ใบเตยสดให้สีเขียว แก่นไม้ฝางให้สีชมพูเข้ม ดอกอัญชันสดให้สีม่วง ตัวอย่างสีย้อมผ้าจากพืช เช่น แก่นขนุนให้สีเหลือง เปลือกต้นสมอให้สีดำ เปลือกต้นนุ่นให้สีชมพู เป็นต้น (สำนักงานคณะกรรมการสาธารณสุขมูลฐาน, 2540)

แก่นไม้ของต้นฝาง (Caesalpinia sappan L.) เมื่อแช่ในน้ำร้อนจะให้สีแดงอย่างรวดเร็ว ใช้ทำน้ำยาอุทัย มีวิธีสกัดสีคือ สับให้เป็นชิ้นเล็กๆ นำไปต้ม และแช่น้ำทิ้งไว้เป็นสัปดาห์ มีรงควัตถุชนิดหนึ่งคือ บราซิลิน (brazilin) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีหมู่ฟังก์ชันที่จับยึด TiO2 ได้ดี เนื้อในฝักคูน หรือ ราชพฤกษ์ (Cassia fistula Linn.) ละลายน้ำให้สีเข้มได้ โดยเฉพาะในน้ำร้อนจะให้สีเข้มได้ดีมาก สารชนิดหนึ่งที่ทำให้มีสีคือกรดฟิสทูลิก (fistulic acid) (Bahorun, 2005)

พืชที่มีแอนโทไซยานินสูงมากชนิดหนึ่งคือ มันเสา (Dioscorea alata L.) ชนิดที่มีหัวสีม่วง รากสีชมพู ผู้เขียนเคยเห็นการผ่าหัวมันเสาขนาดใหญ่ที่ขุดจากจังหวัดระยอง เนื้อในมียางสีม่วงเข้มปริมาณมาก มันเสาเป็นพืชที่มีหลายแห่งทั่วโลก บางประเทศใช้ผลิตไอศครีมและขนมหวาน ในประเทศไทยก็ขึ้นทั่วไป ภาคเหนือเรียกว่า มันเสียม ภาคใต้เรียกว่า มันทู่ เมื่อปลูกใช้เวลา 6-12 สัปดาห์จึงเริ่มเกิดหัว (มีจำนวนโครโมโซม 2n = 20,30,40,…,80)

พืชที่มีแอนโทไซยานินเสถียรเป็นพิเศษ ถึงกับมีสิทธิบัตรที่สกัดรงควัตถุมาใช้สำหรับอาหารและเครื่องดื่มสำเร็จรูป คือ ก้ามปูหลุด (Tradescantia zebrina Hort. ex Bosse.) ไม้ประดับคลุมดินแปลกตาในวงศ์ผักปลาบ (Commelinaceae) ซึ่งมีสารแอนโทไซยานินที่มีความเสถียรเป็นพิเศษ (Brouillard, 1981 และ Teh and Francis, 1988) เจริญเติบโตง่าย มีสรรพคุณทางสมุนไพรเล็กน้อย มีสิทธิบัตรที่นำแอนโทไซยานินที่มีความเสถียรเป็นพิเศษจากพืชในวงศ์ผักปลาบหลายชนิดมาสกัดใช้เป็นรงควัตถุสำหรับอาหารและเครื่องดื่ม (Hidekazu, 1986)

รงควัตถุชนิดหนึ่งที่ผู้เขียนคิดว่าท้าทายต่อการนำมาทำเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้คือ “คราม” (indigo) ซึ่งเป็นรงควัตถุในกางเกงยีนส์ ผ้าหม้อห้อม และผลิตภัณฑ์มากมาย มักเป็นพืชในสกุล Indigofera ซึ่งมีหลากหลายในประเทศไทย แต่คนไทยนิยมใช้ต้นคราม (Indigofera tinctoria Linn.) และ ห้อม (Baphicacanthus cusia Brem.) สำหรับการย้อมผ้า ได้เป็นเฉดสีตั้งแต่เขียวเข้มไปจนถึงม่วง (ต่างจากสีครามสังเคราะห์จากอุตสาหกรรมที่ทำได้เพียงสีเดียว) มีขบวนการย้อมผ้าเรียกว่า “หม้อห้อม” ในภูมิปัญญาพื้นเมืองในหลายชนเผ่า ลักษณะที่น่าสนใจของการย้อมสีครามก็คือ เมื่อเด็ดใบครามผสมน้ำ น้ำนั้นยังไม่มีสี แต่เมื่อนำผ้าจุ่มในน้ำแล้วยกขึ้นมาให้ถูกอากาศ ผ้านั้นจะมีสีครามติดในเนื้อผ้า โดยที่สีครามไม่ละลายน้ำ เนื่องจากพืชในกลุ่มนี้มีสารพวกที่เรียกว่าอินดิแคน (indican) ซึ่งละลายน้ำได้ แต่เมื่อมีการทำปฏิกิริยากับอากาศจะเปลี่ยนเป็นสาร “คราม” (indigo) ซึ่งไม่ละลายน้ำ นี่จึงเป็นสมบัติพิเศษที่อาจเป็นไปได้ว่าการใช้สีครามจากพืชจะยึดเกาะบน TiO2 อย่างที่การใช้สีสังเคราะห์ไม่อาจทำได้

แหล่งรงควัตถุอื่นๆ ได้แก่ สารสีดำจากเปลือกมะพร้าวเผา ที่ใช้ทำขนมเปียกปูน ละลายน้ำเป็นสีดำ กรองได้ หัวหอมมีรงควัตถุบางชนิดซึ่งโครงสร้างโมเลกุลน่าสนใจเช่นกัน เปลือกหุ้มเมล็ดกาแฟมีสารประกอบฟีนอลิก ผลสุกของกมลา (Mallotus philippensis (Lamk) Muell.Arg.) มี ร็อทเทอริน (rottlerin) ซึ่งโมเลกุลมีหมู่ฟีนอลอยู่หลายตำแหน่ง อยู่เกือบร้อยละ 11

คำแสด (Bixa orellana L.) ซึ่งมีมากทางภาคเหนือ มีรงควัตถุชื่อ บิซิน (bixin) ซึ่งเป็นแคโรทินอยด์ที่มีหมู่กรดอินทรีย์ ในเยื่อหุ้มเมล็ด จึงใช้ผลิตรงควัตถุ โดยนำเมล็ดมาแช่น้ำ กรองเอาน้ำทิ้งไว้ระยะหนึ่งจะมีผงสีส้มตกตะกอน ใช้ในการย้อมผ้าและแต่งสีอาหาร

แก่นไม้ขนุนมีสารโมริน (morin) ซึ่งโครงสร้างโมเลกุลน่าสนใจ ดอกทองกวาวมีสารบิวทิน (butin) ดอกกรรณิการ์มีรงควัตถุชื่อนิคแทนทิน (nyctanthin) ดอกคำฝอยมีสารคาร์ทามิน (carthamin) ขมิ้นชันซึ่งเป็นสมุนไพรประจำบ้านเพราะมีฤทธิ์ทางเภสัชมาก มีสารกลุ่มเคอร์คิวมิน (curcumin) เปลือกมะม่วงให้สีเหลืองใช้ย้อมผ้าและงานจักสาน ประดู่บ้านมีสารซานทาลิน เปลือกและผลมะม่วงหิมพานต์ให้สีดำ ลำต้นขมิ้นเครือมีสารเบอร์เบอรีน (berberine)

พืชที่ให้สีย้อมที่เป็นที่รู้จักได้แก่ สะเดา ตะแบก กระถินบ้าน เปลือกนนทรี เปลือกโกงกาง รากยอบ้าน ยางจากเปลือกต้นรง ใบสะเดา ใบติ้วแดง ผลมะเกลือ ผลสมอพิเภก ตะโก มะพลับ ยูคาลิปตัส ตะแบก มะขาม ฝรั่ง สาบเสือ สีเสียดเหนือ หูกวาง เทียนดอก เทียนกิ่ง พุดซ้อน เสม็ดชุน พลองกินลูก (เล็มเมนส์, 2544)

บนดอยแม่สะลอง ชนกลุ่มน้อยเผ่าเย้า อาข่า และลีซอ มีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับพืชนานาพรรณ นอกจากจะใช้สีครามย้อมผ้าจากห้อมและพืชสกุล Indigofera แล้ว ยังใช้หัวว่านหอมแดง (Eleutherine americana Merr.) ย้อมเปลือกไข่ให้เป็นสีแดง เปลือกต้นเก็ด (Dalbergia toliacen) ใช้ย้อมผ้า เปลือกต้นผ้า (Callicarpa arborea Roxb.) ให้สีแดง (ชูศรี และ ปริทรรศน์ ไตรสนธิ, 2542)

ยังมีพืชอีกมากมายตามท้องถิ่นต่างๆ ที่ยังไม่เป็นที่รู้จัก บางทีสีย้อมไวแสงที่น่าสนใจอาจจะอยู่ในวัชพืชใกล้ตัวที่คิดไม่ถึงก็เป็นได้

สีย้อมไวแสงพอลิเมอร์สังเคราะห์
วแสงจากพืช สีย้อมไวแสงอีกกลุ่มหนึ่งที่น่าลองศึกษาเป็นแนวทางคือ สารอินทรีย์ที่ดูดกลืนแสงได้มากเป็นพิเศษ เช่น พอลิเมอร์นำไฟฟ้า (conducting polymer) ซึ่งมีพันธะคู่สลับเดี่ยวตลอดแนวของโมเลกุลซึ่งเป็นสายยาว หรือโอลิโกเมอร์ (รงควัตถุเมลานินที่ทำให้เส้นผมและผิวหนังคนมีสีเข้ม ก็เป็นพอลิเมอร์นำไฟฟ้า มีจุลินทรีย์หลายชนิดผลิตเมลานินได้)


ผู้เขียนเคยมีความตั้งใจจะใช้สีย้อมไวแสงสังเคราะห์ในกลุ่มพอลีไทโอฟีน (polythiophene) ที่ปรับปรุงหมู่ฟังก์ชันให้ยึดเกาะบน TiO2 ได้ดี โดยออกแบบให้มีหมู่กรดอินทรีย์ และให้ส่วนที่เป็นพันธะคู่สลับเดี่ยวอยู่ชิดกับส่วนที่ยึดเกาะ TiO2 มากที่สุด แนวความคิดนี้มีคนรายงานผลงานวิจัยมาก่อนแล้ว แต่ยังมีข้อบกพร่องที่ไม่ตรงกับแนวคิดของผู้เขียน กล่าวคือ Liu et al. (2004) นำพอลิเมอร์นำไฟฟ้ามาใช้เป็นสีย้อมไวแสง แต่ยังไม่มีการยึดเกาะบน TiO2 ที่ดีพอ เพราะเป็นการใช้ฟิล์มพอลีไทโอฟีนเคลือบเป็นแผ่นบนชั้น TiO2 และยังไม่ได้ประสิทธิภาพที่น่าสนใจ ส่วน Yanagida et al. (2004) แม้จะใช้พอลิเมอร์นำไฟฟ้าที่ละลายในตัวทำละลายได้มาใช้เป็นสีย้อมไวแสง แต่ผู้เขียนสังเกตว่า พันธะคู่บนหมู่กรดอินทรีย์ที่ยึดเกาะกับ TiO2 นั้นไม่เชื่อมต่อกับพันธะไพตามแนวพันธะคู่สลับเดี่ยว ทำให้การส่งผ่านอิเล็กตรอนระหว่างสีย้อมไวแสงกับชั้น TiO2 ไม่ค่อยดีเท่าที่ควร


แนวความคิดของผู้เขียนข้างต้นนั้น ได้รับข้อโต้แย้งว่า พอลิเมอร์มีโมเลกุลยาว อาจมีความหนืดสูง ไม่สามารถแทรกตัวเข้าไปยึดเกาะกับ TiO2 ควรแก้ไขโดยเปลี่ยนแผนที่จะทำจากรูปของพอลิเมอร์ เป็นโอลิโกเมอร์ที่ความยาวต่างๆ ดังนั้น ผู้เขียนได้เคยวางแผนการทดลองที่จะประกอบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้สีย้อมไวแสงเป็นพอลิเมอร์หรือโอลิโกเมอร์ของ thiophene-3-carboxylic acid ซึ่งน่าจะให้คุณสมบัติตามที่ต้องการ แต่งานวิจัยนี้มีเหตุให้ต้องเลิกทำไปเสียก่อนระหว่างงานเคมีอินทรีย์สังเคราะห์ (ความล่าช้าที่เกิดขึ้นมาจากความผิดพลาดคือ ได้เลือกสังเคราะห์มอนอเมอร์ผ่าน 3-cyanothiophene ซึ่งเป็นของเหลวที่ระเหยไปหมดระหว่างการแยกสาร)


แต่สิ่งที่น่าสนใจในการค้นหาสีย้อมไวแสงถ้าทำสำเร็จก็คือ พอลิเมอร์ของ thiophene-3-carboxylic acid อาจนำมาใช้ในการประกอบอุปกรณ์ระดับชาวบ้านได้ถ้าไม่เป็นพิษ เพราะละลายน้ำได้ (Kim et al., 1999 และ Englebienne and Weiland, 1996) อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้สารอินทรีย์กลุ่มนี้มีหลายรูปแบบที่อยู่ระหว่างการศึกษาในวงการวิจัย

บทสรุป

แหล่งสีย้อมไวแสงจากพืชที่น่าทำการทดลองใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง ตั้งแต่ในกลุ่มแอนโทไซยานิน จนถึงรงควัตถุที่หลากหลายจากพืชที่ยังไม่เป็นที่รู้จัก ขณะเดียวกันก็ต้องหาทางป้องกันการเสื่อมสภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ งานทั้งสองส่วนเป็นความหวังสำหรับแหล่งผลิตไฟฟ้าที่อาจเป็นไปได้ เพื่อวิถีชีวิตที่ยั่งยืนและส่งผลดีต่อสิ่งแวดล้อม