Når jeg forteller folk jeg jobber med solceller, blir jeg spurt de samme to spørsmålene: Skal de noen gang bli veldig billig? Og kan du få meg noe? Mens svaret på det andre spørsmålet er nei, er svaret til det første mye mer positivt. År etter år har solpaneler vært dunkende i pris og forbedret effektiviteten som de kan konvertere lys til energi.

Samtidig vil fossile brenselkostnader fortsette å stige, og i de nærmeste årene kommer vi til det punktet hvor kostnadene overlapper - noen tall tyder på dette kan allerede ha skjedd. Spørsmålet er ikke om solenergi kan erstatte fossile brensel som den billigste måten å produsere energi, men heller når.

Selv om dette har gitt et enormt løft til solenergiindustrien, er den største spenningen i solsektoren i dag på grunn av en ny type materiale som kalles perovskitt. Kombinere noen av de beste egenskapene til mer vanlige materialer, har det vist seg å være utrolig fleksibelt - til det punktet at forskerne i University of Sheffield har produsert perovskite solceller som sprøytevæske. Så hva er perovskite, og hva er buzz rundt det?

Solceller, komponenten av solcellepaneler som reagerer på lys, er bygget fra det som kalles fotovoltaiske materialer. Når lys rammer disse materialene, frigjøres elektroner for å bevege seg gjennom materialet. Med nøye utforming av strukturen til disse solcellerne, kan disse elektronene samles inn i en strøm av elektrisk strøm. Dette er prosessen som gir den noe magiske egenskapen til solpaneler - sollys inn og strøm ut.

Inne i et solpanel

I stor grad kan solceller deles inn i to forskjellige grupper - de som er basert på uorganiske fotovoltaiske materialer, for eksempel silisium eller cadmium telluride, og de som er basert på spesifikke organiske forbindelser, slik som PCDTBT. Begge har sine egne fordeler og ulemper.

De uorganiske materialene er allerede industrielt veletablerte, som er i stand til å konvertere lys til elektrisitet på mer enn 20% effektivitet, og skape solcellepaneler med mer enn 25-års levetid. Ulempen er at råmaterialene som kreves, spesielt med silisium, kan være dyre.

Organiske solceller er basert på potensielt lave kostnader og kan til og med produseres av en flytende løsning, noe som gjør dem svært raske og billige å produsere. Selv, selv på laboratorieskala, kjemper organiske solceller for å oppnå effektivitet på mer enn 10%. Enda mer kritisk dekomponerer de organiske forbindelsene seg gradvis under lys, noe som ofte reduserer panelets levetid i rekkefølge av måneder eller uker i stedet for år. Følgelig har disse organiske materialene sjelden blitt brukt til å produsere solcellepaneler, da ingen liker ideen om å måtte klatre på taket for å erstatte dem hver sjette måned. Ideelt sett vil vi ha en solcelle med ytelse og langsiktig stabilitet av uorganiske materialer med den ultra lave prisen på organiske materialer.

Skriv inn Perovskite

I de siste årene har solenergiforskning vært vitne til fremveksten av en bemerkelsesverdig ny klasse av materialer kjent som perovskitter. Dette er et hybridorganisk uorganisk materiale, hovedsakelig en organisk forbindelse med et uorganisk element festet. Perovskite refererer til den spesifikke typen krystallstruktur, som forekommer naturlig i visse mineraler. Disse hybridforbindelsene har denne krystallstrukturen, men er også en kompleks blanding av organisk ammoniakk og metylgrupper med uorganiske blyjodid eller blykloridmolekyler festet.

Grunnen til spenningen som omgir disse materialene er den oppriktig svimlende frekvensen de har utviklet seg på. Tidligere da et nytt materiale ble oppdaget, hadde det tatt noen 10-20 års forskning for å nå en effektivitetsrate på til og med 10%. Perovskite solceller bare dukket opp i 2012, men har allerede klarte konverteringer av mer enn 19% effektivitet. Denne blærende utviklingshastigheten er uten sidestykke i solforskning.

Som hybridmateriale, i tillegg til gode effektiviteter som med uorganiske materialer, kan perovskites også dra nytte av organisk solmateriales evne til å brukes som en flytende løsning. Dette er hva professor David Lidzeys gruppe ved University of Sheffield har utnyttet, sprøyting av perovskittet som et flytende belegg på et substratmateriale. Dette gjør det mulig å produsere solceller i høye volumer og lave kostnader.

Perovskites fremtid

Betyr dette at alle fremtidige solceller vil være basert på perovskites? Det er altfor tidlig å si. Selv om de har mange fordeler, er det fortsatt en rekke viktige utfordringer som skal løses.

Det er noen spørsmål om potensiell miljøpåvirkning av blyinnholdet i materialet (selv om arbeidet pågår for å fjerne kravet til bly) og hvor enkelt produksjonen kan oppskaleres til en nyttig kommersiell størrelse. Som med organiske solceller er deres langsiktige stabilitet også svært tvilsom og de er spesielt følsomme for fuktighet - noen dråper vann kan ødelegge materialet helt.

Så å bygge en perovskite solpanelmodul som er i stand til å overleve i flere tiår ute, er sannsynligvis fortsatt en vei unna - faktisk er det ingen garanti det er mulig. Men det som er sikkert er at potensialet til perovskite solceller er svimlende, og hvis materialets løfte kan realiseres, kan det fullstendig revolusjonere solens muligheter.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Den Conversation.
Les opprinnelige artikkelen.

om forfatteren

Jon Major er forsker ved Universitetet i Liverpool. Hans forskningsinteresser omfatter tynnfilm, fotovoltaik, halvledere og transparente ledere.

Opplysningserklæring: Jon Major er tilknyttet det nasjonale SUPERGEN 'supersolare' forskningskonsortiet.

Anbefalt bok:

Green Wizardry: Conservation, solenergi, organisk hagearbeid og andre praktiske ferdigheter fra det passende tekniske verktøyet - av John Michael Greer

I gammel tid var en trollmann en freelance intellektuell, hvis hovedlager i handel var godt råd, støttet av en grundig utdanning innen landbruk, navigasjon, politisk og militærvitenskap, språk, handel, matematikk, medisin og naturvitenskap. Denne boken er en målesel for alle som er bekymret for å redusere avhengigheten av et overbelastet industrisystem, og i en verden med alvorlige energimangel og økonomiske problemer, gjør livet mye mindre traumatisk og mer livlig. Fra grunnleggende konsepter av økologi til en overflod av praktiske teknikker, er Green Wizardry en omfattende håndbok for dagens veiviser i trening.

Klikk her for mer info og / eller å bestille denne boken.