A jelenlegi szolár technológiák nem elég jók. Antonio Garcia az Unsplash-on, FAL

Az olcsóbb, zöldebb villamos energia iránti igény azt jelenti, hogy az energetikai táj gyorsabban változik, mint a történelem bármely más pontján. Ez különösen igaz a napenergiával működő áram és a akkumulátor tárolása. Mindkettő költsége soha nem látott ütemben csökkent az elmúlt évtizedben, és az energiahatékony technológiák, mint pl LED világítás bővültek is.

Az olcsó és mindenütt jelen lévő napenergiához és tároláshoz való hozzáférés átalakítja az energiatermelés és -felhasználás módját, lehetővé téve a közlekedési ágazat villamosítását. Lehetséges új vegyi alapú gazdaságok, amelyekben mi tárolja a megújuló energiát üzemanyagként, és támogatják az új eszközöket, amelyekinternet a dolgok".

De a jelenlegi energiatechnológiáink nem vezetnek el minket ebbe a jövőbe: hamarosan elérjük a hatékonyság és a költségek határait. A a jövőbeni csökkentések lehetősége például a szilícium napenergia villamos energia költsége korlátozott. Az egyes panelek gyártása megfelelő mennyiségű energiát igényel, a gyárak pedig drága építeni. És bár az előállítási költségek kissé tovább szoríthatók, a napelemes telepítés költségei most vannak az extrák uralják - telepítés, bekötés, elektronika és így tovább.

Ez azt jelenti, hogy a jelenlegi napenergia-rendszerek valószínűleg nem fogják teljesíteni a 30 TeraWatt (TW) globális energiaigényünk szükséges hányadát (ma kevesebb mint 1 TW-t termelnek) elég gyors olyan kérdések kezelésére, mint az éghajlatváltozás.

Hasonlóképpen, a jelenlegi LED-es világítási és megjelenítési technológiáink túl drágák, és nem elég jó színminőségűek ahhoz, hogy a hagyományos világítást reálisan helyettesítsék elég rövid időn belül. Ez problémát jelent, mivel a világítás jelenleg ennek felel meg 5% a világ széndioxid-kibocsátásának. Új technológiákra van szükség ennek a hiánynak a gyors pótlásához.

Halogenid perovszkitok

A mi cambridge-i laborunk, Anglia, egy ígéretes új anyagcsaláddal dolgozik, néven halogenid perovszkitok. Félvezetők, töltést vezetnek, ha fénnyel stimulálják őket. A perovszkita festékeket üvegre vagy műanyagra rakják le, így rendkívül vékony filmek készülnek - az emberi haj szélességének körülbelül egy százada - fémből, halogenidből és szerves ionokból. Amikor az elektróda érintkezői közé kerülnek, ezek a filmek elkészülnek napelemes vagy LED-es eszközök.

Bámulatos, hogy az általuk elnyelt vagy kibocsátott fény színe egyszerűen megváltoztatható kémiai szerkezetük megváltoztatásával. A termesztés módjának megváltoztatásával testre szabhatjuk őket, hogy alkalmasabbak legyenek a fény elnyelésére (napelemhez) vagy fénykibocsátásra (LED-hez). Ez lehetővé teszi számunkra, hogy különböző színű napelemeket és LED-eket bocsássanak ki az ultraibolya fénytől, egészen a látható és a közeli infravörösig.

Olcsó és sokoldalú feldolgozásuk ellenére ezek az anyagok rendkívül hatékonyak, mint napelemek és fénykibocsátók. Megtalálták a perovszkit napelemeket 25.2% -os hatékonyság 2019-ben, forró a kristályos szilícium cellák sarkán 26.7% -kal, és a perovszkit LED-ek már közeledik polc nélküli szerves fénykibocsátó dióda (OLED) előadások.

Ezek a technológiák gyorsan forgalmazzák, különösen a napelem fronton. Az angliai székhelyű Oxford Photovoltaics rendelkezik gyártósort épített és kitölti első beszerzési rendeléseit elején 2021. A lengyel Saule Technologies vállalat 2018 végén jelentette meg a prototípus termékeket, köztük a perovskite napfény homlokzati pilóta. A kínai Microquanta Semiconductor gyártó várhatóan több mint 200,000 négyzetméter panelek gyártósorában az év vége előtt. Az amerikai Swift Solar (egy társaság, amelyet én alapítottam) úttörő szerepet tölt be nagy teljesítményű sejtek könnyű, rugalmas tulajdonságokkal.

Színes perovszkit fénykibocsátó festékek, amelyeket vékony filmekbe lehet önteni. © Sandeep Pathak, Szerző biztosított

Között ezek és más társaságok, gyors előrelépés történik.

Napelemes ablakok és rugalmas panelek

A hagyományos szilíciumcellákkal ellentétben, amelyeknek a nagy hatékonyság érdekében nagyon egységeseknek kell lenniük, a perovszkit filmek állnak mozaik „szemek” nagymértékben változó méretű (a nanométerektől a milliméterekig) és kémiai - és mégis közel olyan jól teljesítenek, mint a mai legjobb szilíciumcellák. Ráadásul apró foltok ill hibák a perovszkit filmekben nem vezetnek jelentős áramveszteséghez. Az ilyen hibák katasztrofálisak lennének egy szilícium panel vagy egy kereskedelmi LED esetében.

Habár ezt még mindig próbáljuk megérteni, ezek az anyagok arra kényszerítik a közösséget, hogy írja át a tankönyvet, amit ideális félvezetőnek tartunk: nagyon jó optikai és elektronikus tulajdonságokkal bírhatnak - vagy talán még a rendellenesség miatt is.

Hipotetikusan felhasználhatnánk ezeket az anyagokat olyan „tervező” színű napelemek készítéséhez, amelyek beépülnek az épületekbe vagy házakba, vagy olyan napelemes ablakokból, amelyek úgy néznek ki, mint amelyek sötétített üvegek hatalom.

De az igazi lehetőség a szilíciumcellák hatékonyságán túl rendkívül hatékony cellák kifejlesztése. Például két különböző színű perovszkit filmet rétegezhetünk a „Tandem” napelem. Minden réteg a napspektrum különböző régióit gyűjtené be, növelve a cella általános hatékonyságát.

Egy másik példa arra, hogy az Oxford PV úttörő szerepet játszik: perovszkit réteg hozzáadása egy szokásos szilícium cellához, növelve a meglévő technológia hatékonyságát jelentős többletköltségek nélkül. Ezek a tandem réteges megközelítések gyorsan létrehozhatják a a hatékonyság növelése 30% -ot meghaladó napelemek száma, ami csökkentené mind a panel, mind a rendszer költségeit, ugyanakkor csökkentené azok költségeit is energia lábnyom.

Ezeket a perovszkit rétegeket olyan rugalmas napelemek gyártására is fejlesztik, amelyeket tovább lehet gurulni, mint az újságpapírt a költségek csökkentése. A könnyű, nagy teljesítményű napenergia lehetőséget kínál az elektromos járművek és a kommunikációs műholdak áramellátására is.

Rugalmas perovszkit prototípus napelem. Plamen Petkov, a Scientific American munkatársa

A LED-eknél a perovszkitok fantasztikus eredményeket érhetnek el színminőség ami haladókhoz vezethet rugalmas megjelenítési technológiák. A perovszkiták olcsóbb, magasabb minőséget is adhatnak fehér világítás mint a mai kereskedelmi LED-ek, a földgömb „színhőmérsékletével” úgy lehet előállítani, hogy hűvös vagy meleg fehér fényt vagy bármilyen kívánt árnyalatot adjon közte. Izgalmat is generálnak, mint építőelemeket jövőbeli kvantum számítógépek<p></p> Röntgendetektorok rendkívül alacsony dózisú orvosi és biztonsági képalkotáshoz.

Bár az első termékek már megjelennek, még mindig vannak kihívások. Az egyik kulcskérdés a demonstráció hosszú távú stabilitás. De a kutatás ígéretes, és miután ezek megoldódtak, a halogenid-perovszkitok valóban elősegíthetik energiatermelésünk és -fogyasztásunk átalakulását.

A szerzőről

Sam Stranks, az Energetikai és a Royal Society Egyetem tudományos munkatársa, University of Cambridge

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.

Kapcsolódó könyvek

Lehívás: A globális felmelegedés visszafordítására valaha javasolt legátfogóbb terv

írta: Paul Hawken és Tom Steyer
A széles körben elterjedt félelem és apátia ellenére a kutatók, szakemberek és tudósok nemzetközi koalíciója jött össze, hogy reális és merész megoldásokat kínáljon az éghajlatváltozáshoz. Száz technikát és gyakorlatot írunk le itt - néhány közismert; néhányról, amiről talán még soha nem hallottál. A tiszta energiától kezdve az alacsony jövedelmű országok lányainak oktatásáig, a földhasználat gyakorlatáig terjednek, amelyek kiszívják a levegőt. A megoldások léteznek, gazdaságilag életképesek, és a közösségek az egész világon jelenleg készséggel és határozottan alkalmazzák őket. Elérhető az Amazonon

Klímamegoldások tervezése: Irányelv az alacsony széntartalmú energiához

Írta: Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Mivel az éghajlatváltozás már hatással van ránk, az üvegházhatást okozó gázok globális kibocsátásának csökkentésének szükségessége sürgető. Ijesztő kihívás, de a megvalósításának technológiái és stratégiái ma léteznek. Egy jól megtervezett és végrehajtott energiapolitika egy kis halmaza az alacsony szén-dioxid-kibocsátású jövő felé vezethet minket. Az energetikai rendszerek nagyok és összetettek, ezért az energiapolitikának koncentráltnak és költséghatékonynak kell lennie. Az egy mindenki számára megfelelő megközelítés egyszerűen nem fogja elvégezni a munkát. A döntéshozóknak világos, átfogó forrásra van szükségük, amely felvázolja azokat az energiapolitikákat, amelyek a legnagyobb hatással lesznek az éghajlati jövőnkre, és leírja, hogyan lehet ezeket a politikákat jól megtervezni. Elérhető az Amazonon

Mindent megváltoztat: a kapitalizmus és az éghajlat

készítette Naomi Klein
In Ez mindent megváltoztat Naomi Klein szerint az éghajlatváltozás nem csupán egy új kérdés, amelyet gondosan fel kell tüntetni az adók és az egészségügy között. Ez egy riasztás, amely felszólít egy olyan gazdasági rendszer rögzítésére, amely már sok szempontból kudarcot vall bennünket. Klein aprólékosan építi azt az esetet, hogy az üvegházhatást okozó kibocsátások nagymértékű csökkentése a legjobb esélyünk arra, hogy egyszerre csökkentsük a tátongó egyenlőtlenségeket, újból elképzeljük a törött demokráciáinkat és újjáépítsük a kibelezett helyi gazdaságunkat. Kihúzza az éghajlatváltozás-tagadók ideológiai kétségbeesését, a leendõ geomérnökök messiási téveszméit és a túl sok mainstream zöld kezdeményezés tragikus vereségét. Pontosan megmutatja, hogy a piac miért nem oldotta meg - és nem tudja - megoldani az éghajlati válságot, hanem ehelyett még rosszabbá teszi a dolgokat, egyre szélsőségesebb és ökológiai szempontból káros extrakciós módszerekkel, melyeket rohamos katasztrófa-kapitalizmus kísér. Elérhető az Amazonon

A kiadótól:
Az Amazon vásárlásai fedezik az Ön költségeit InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, és a ClimateImpactNews.com ingyenesen és hirdető nélkül, amely nyomon követi az Ön böngészési szokásait. Még akkor is, ha rákattint egy linkre, de nem vásárolja meg ezeket a kiválasztott termékeket, bármi más, amit ugyanazon az Amazon látogatáskor vásárolt meg, kis jutalékot fizet nekünk. Nincsenek többletköltségek, ezért kérjük, járuljon hozzá az erőfeszítéshez. Te is használja ezt a linket bármikor felhasználhatja az Amazon-ra, így segítheti erőfeszítéseink támogatását.