Ang mga kasalukuyang solar na teknolohiya ay hindi sapat. Antonio Garcia sa Unsplash, FAL

Ang pangangailangan para sa mas mura, berdeng kuryente ay nangangahulugang ang tanawin ng enerhiya ay nagbabago nang mas mabilis kaysa sa anumang iba pang punto ng kasaysayan. Partikular na totoo ito sa elektrisidad na pinalakas ng solar at imbakan ng baterya. Ang gastos ng pareho ay bumaba sa walang uliran na mga rate sa nakaraang dekada at mga teknolohiya na mahusay sa enerhiya tulad ng LED lighting lumawak din.

Ang pag-access sa murang at nasa lahat ng pook na solar power at pag-iimbak ay magbabago ng paraan ng paggawa at paggamit ng kuryente, na nagpapahintulot sa electrification ng sektor ng transportasyon. Mayroong potensyal para sa mga bagong ekonomiya na batay sa kemikal kung saan tayo itago ang nababagong enerhiya bilang mga fuel, at suportahan ang mga bagong aparato na bumubuo sa isang "internet ng mga bagay".

Ngunit ang aming kasalukuyang mga teknolohiya ng enerhiya ay hindi hahantong sa hinaharap na ito: malapit na kaming maabot ang kahusayan at mga limitasyon sa gastos. Ang potensyal para sa mga pagbabawas sa hinaharap sa gastos ng kuryente mula sa silicon solar, halimbawa, ay limitado. Ang paggawa ng bawat panel ay humihingi ng patas na halaga ng enerhiya at mga pabrika mahal na itayo. At bagaman ang gastos ng produksyon ay maaaring pigain nang kaunti pa, ang mga gastos ng isang pag-install ng solar ay ngayon pinangungunahan ng mga extra - pag-install, mga kable, electronics at iba pa.

Nangangahulugan ito na ang mga kasalukuyang solar power system ay malamang na hindi matugunan ang kinakailangang bahagi ng aming 30 TeraWatt (TW) mga kinakailangang pandaigdigang kuryente (gumawa sila ng mas mababa sa 1 TW ngayon) sapat na mabilis upang matugunan ang mga isyu tulad ng pagbabago ng klima.

Gayundin, ang aming kasalukuyang mga LED na ilaw at nagpapakita ng mga teknolohiya ay masyadong mahal at walang sapat na kalidad ng kulay upang makatotohanang palitan ang tradisyunal na pag-iilaw sa isang maikling sapat na time frame. Ito ay isang problema, tulad ng pag-iilaw sa kasalukuyan 5% ng emissions ng carbon sa buong mundo. Kailangan ng mga bagong teknolohiya upang punan ang puwang na ito, at mabilis.

Halide perovskite

Ang aming lab sa Cambridge, England, ay nagtatrabaho kasama ang isang promising bagong pamilya ng mga materyales na kilala bilang halide perovskite. Ang mga ito ay semiconductor, nagsasagawa ng singil kapag pinasigla ng ilaw. Ang mga inov ng Perovskite ay idineposito sa baso o plastik upang makagawa ng labis na manipis na mga pelikula - humigit-kumulang isang-isang sangkad ng lapad ng isang buhok ng tao - na binubuo ng mga metal, halide at mga organikong ions. Kapag na-sandwich sa pagitan ng mga contact ng elektrod, gumagawa ang mga pelikulang ito mga solar cell o LED device.

Kahanga-hanga, ang kulay ng ilaw na kanilang hinihigop o nagpapalabas ay maaaring mabago sa pamamagitan lamang ng pag-aayos ng istraktura ng kemikal. Sa pamamagitan ng pagbabago ng paraan ng paglaki ng mga ito, maaari nating maiangkop ang mga ito upang maging mas angkop para sa pagsipsip ng ilaw (para sa isang solar panel) o nagpapalabas ng ilaw (para sa isang LED). Pinapayagan kaming gumawa ng iba't ibang kulay ng solar cells at LED na nagpapalabas ng ilaw mula sa ultra-violet, hanggang sa nakikita at malapit sa infrared.

Sa kabila ng kanilang mura at maraming nalalaman na pagproseso, ang mga materyales na ito ay ipinapakita na lubos na mahusay bilang kapwa mga solar cell at light emitter. Tumama ang mga solar cell ng Perovskite 25.2% kahusayan sa 2019, mainit sa takong ng mala-kristal na mga silikon na selyula sa 26.7%, at mga perovskite LEDs ay mayroon na papalapit mga pagganap sa di-istante na organikong ilaw na nagpapalabas ng diode (OLED).

Ang mga teknolohiyang ito ay mabilis na naisapersonal, partikular sa harap ng solar cell. Ang Oxford Photovoltaics na nakabase sa UK ay mayroon binuo ng isang linya ng produksyon at pinupunan ang unang mga order ng pagbili sa unang bahagi ng 2021. Ang kumpanya ng Poland na Saule Technologies ay naglabas ng mga produktong prototype sa pagtatapos ng 2018, kasama ang a perovskite solar façade pilot. Inaasahan ng gumawa ng Tsino na Microquanta Semiconductor na makagawa ng higit sa 200,000 metro kwadrado ng mga panel sa linya ng produksyon nito bago ang katapusan ng taon. Ang Swift Solar na nakabase sa Estados Unidos (isang kumpanya na aking itinatag) ay nagpasimula mataas na pagganap mga cell na may magaan, kakayahang umangkop na mga katangian.

Ang mga may kulay na perovskite light-emitting inks na maaaring ihulog sa manipis na mga pelikula. © Sandeep Pathak, Author ibinigay

Sa pagitan ng ito at iba pang mga kumpanya, mayroong mabilis na pag-unlad na nagagawa.

Mga bintana ng solar at nababaluktot na mga panel

Hindi tulad ng maginoo na mga cell ng silikon, na kailangang maging napaka-pare-pareho para sa mataas na kahusayan, ang mga perovskite na pelikula ay binubuo mosaic "butil" ng lubos na variable na laki (mula sa nano-metro hanggang millimeter) at kimika - ngunit gumanap din sila halos pati na rin ang pinakamahusay na mga silikon na selyula ngayon. Ano pa, maliit na mga mantsa o mga depekto sa perovskite films ay hindi humantong sa makabuluhang pagkawala ng kuryente. Ang nasabing mga depekto ay magiging sakuna para sa isang silicon panel o isang komersyal na LED.

Bagaman sinusubukan pa rin naming maintindihan ito, pinipilit ng mga materyal na ito ang komunidad na muling isulat ang aklat para sa kung ano ang isinasaalang-alang namin bilang isang perpektong semiconductor: maaari silang magkaroon ng napakahusay na optikal at elektronikong mga katangian sa kabila ng - o marahil kahit na dahil sa - karamdaman.

Maaari naming magamit nang hipetetiko ang mga materyal na ito upang gawing may kulay na "taga-disenyo" ang mga solar cell na nagsasama sa mga gusali o bahay, o mga bintana ng solar na mukhang tintong baso na nabubuo pa rin. kapangyarihan.

Ngunit ang tunay na pagkakataon ay upang bumuo ng lubos na mahusay na mga cell na lampas sa kahusayan ng mga cell ng silikon. Halimbawa, maaari nating mai-layer ang dalawang magkakaibang kulay na mga film ng perovskite nang magkasama sa a "Tandem" solar cell. Ang bawat layer ay aani ng iba't ibang mga rehiyon ng solar spectrum, na nagdaragdag ng pangkalahatang kahusayan ng cell.

Ang isa pang halimbawa ay ang pinasimunuan ng Oxford PV: pagdaragdag ng isang perovskite layer sa tuktok ng isang karaniwang silicon cell, na nagpapalakas ng kahusayan ng umiiral na teknolohiya nang walang makabuluhang karagdagang gastos. Ang mga diskarte sa paglalagay ng tandem na ito ay maaaring mabilis na lumikha ng isang mapalakas ang kahusayan ng mga solar panel na lampas sa 30%, na magbabawas sa parehong mga gastos ng panel at system habang binabawasan din ang kanilang footprint ng enerhiya.

Ang mga perovskite layer na ito ay din binuo upang makagawa ng mga kakayahang umangkop na solar panel na maaaring maproseso upang gumulong tulad ng newsprint, karagdagang pagbabawas ng mga gastos. Ang magaan, mataas na lakas na solar ay bubukas din ng mga posibilidad para sa pag-power ng mga de-kuryenteng sasakyan at satellite ng komunikasyon.

May kakayahang umangkop perovskite prototype solar cell. Plamen Petkov para sa Scientific American

Para sa mga LED, maaaring makamit ng perovskites ang kamangha-manghang kalidad ng kulay na maaaring humantong sa advanced may kakayahang umangkop na mga teknolohiya sa pagpapakita. Ang Perovskites ay maaari ring magbigay ng mas mura, mas mataas na kalidad puting ilaw kaysa sa mga komersyal na LED ngayon, na may "temperatura ng kulay" ng isang mundo na maaring gawin upang magbigay ng cool o mainit na puting ilaw o anumang nais na lilim sa pagitan. Nagbubuo rin sila ng kaguluhan bilang mga bloke ng gusali para sa computer sa hinaharap na kabuuan, Pati na rin Mga detektor ng X-Ray para sa napakababang dosis ng medikal at imaging seguridad.

Bagaman umuusbong na ang mga unang produkto, may mga hamon pa rin. Ang isang pangunahing isyu ay ang pagpapakita pangmatagalang katatagan. Ngunit ang pananaliksik ay nangangako, at sa sandaling nalutas ang mga ito, ang halide perovskites ay maaaring tunay na magtaguyod ng pagbabago ng aming produksyon at pagkonsumo ng enerhiya.

Tungkol sa Author

Sam Stranks, Lecturer sa Enerhiya at Royal Society University Research Fellow, University of Cambridge

Ang artikulong ito ay muling nai-publish mula sa Ang pag-uusap sa ilalim ng lisensya ng Creative Commons. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay Books

Paglabas ng Drawdown: Ang Karamihan sa Komprehensibong Plano na Ipinanukalang Bumalik sa Pag-init ng Mundo

ni Paul Hawken at ni Tom Steyer
Sa harap ng malawakang takot at kawalang-interes, isang internasyonal na koalisyon ng mga mananaliksik, mga propesyonal, at mga siyentipiko ay nagtagpo upang mag-alok ng isang makatotohanang at matapang na solusyon sa pagbabago ng klima. Ang isang daang mga diskarte at gawi ay inilarawan dito-ang ilan ay kilala; ang ilan ay hindi mo pa naririnig. Saklaw nila mula sa malinis na enerhiya sa pagtuturo sa mga batang babae sa mga bansang mas mababa ang kita upang magamit ang mga gawi sa paggamit ng lupa na kumukuha ng carbon mula sa hangin. Ang mga solusyon ay umiiral, ay maaaring mabuhay nang matipid, at ang mga komunidad sa buong mundo ay kasalukuyang nagpapatrabaho sa kanila ng kasanayan at determinasyon. Available sa Amazon

Pagdidisenyo ng Mga Solusyon sa Klima: Isang Gabay sa Patakaran para sa Low-Carbon Energy

ni Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Sa mga epekto ng pagbabago ng klima sa atin, ang pangangailangan na gupitin ang mga global na emissions ng greenhouse gas ay hindi mas mababa kaysa sa kagyat na. Ito ay isang nakakatakot na hamon, ngunit ang mga teknolohiya at diskarte upang matugunan ito umiiral ngayon. Ang isang maliit na hanay ng mga patakaran sa enerhiya, na dinisenyo at ipinatupad nang maayos, ay maaaring mailagay tayo sa landas patungo sa isang mababang carbon sa hinaharap. Ang mga system ng enerhiya ay malaki at kumplikado, kaya ang patakaran sa enerhiya ay dapat na nakatuon at epektibo sa gastos. Ang isang sukat na sukat sa lahat ng mga diskarte ay hindi magagawa ang trabaho. Ang mga tagagawa ng patakaran ay nangangailangan ng isang malinaw, komprehensibong mapagkukunan na nagbabalangkas sa mga patakaran ng enerhiya na magkakaroon ng pinakamalaking epekto sa ating kinabukasan sa klima, at naglalarawan kung paano idisenyo nang maayos ang mga patakarang ito. Available sa Amazon

Ito Pagbabago Everything: Kapitalismo kumpara Klima Ang

ni Naomi Klein
In Ito Pagbabago Everything Naomi Klein argues na pagbabago ng klima ay hindi lamang ng isa pang isyu na maayos na filed sa pagitan ng mga buwis at pangangalaga ng kalusugan. Ito ay isang alarma na tumawag sa amin upang ayusin ang isang pang-ekonomiyang sistema na ay nabigo sa amin sa maraming paraan. Ang Klein ay matigas na nagtatayo ng kaso kung gaano kalawak ang pagbawas ng ating greenhouse emissions ay ang aming pinakamagandang pagkakataon upang mabawasan nang sabay-sabay ang mga nakakatawang di-pagkakapantay-pantay, muling ipalagay ang ating mga sirang demokrasya, at muling itayo ang ating mga lokal na ekonomiya. Inilantad niya ang ideological desperation ng mga klima-pagbabago deniers, ang messianic delusyon ng magiging geoengineers, at ang trahedya pagkatalo ng masyadong maraming mga mainstream na hakbangin berdeng. At nagpapakita siya ng eksaktong dahilan kung bakit ang merkado ay hindi-at hindi maayos ang krisis sa klima ngunit sa halip ay gagawin ang mga bagay na mas masahol pa, na may mas matinding at ekolohikal na nakakapaminsalang mga paraan ng pagkuha, na sinamahan ng laganap na kapitalismo ng sakuna. Available sa Amazon

Mula sa Ang Publisher:
Ang mga pagbili sa Amazon ay pumunta upang bayaran ang gastos ng pagdadala sa iyo InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, at ClimateImpactNews.com nang walang gastos at walang mga advertiser na sumusubaybay sa iyong mga gawi sa pagba-browse. Kahit na nag-click ka sa isang link ngunit hindi bumili ng mga napiling produkto, anumang bagay na binili mo sa parehong pagbisita sa Amazon nagbabayad sa amin ng isang maliit na komisyon. Walang karagdagang gastos sa iyo, kaya mangyaring tumulong sa pagsisikap. Maaari mo ring gamitin ang link na ito gamitin sa Amazon sa anumang oras upang matulungan kang suportahan ang aming mga pagsisikap.