Nåværende solteknologi er ikke god nok. Antonio Garcia på Unsplash, FAL

Kravet om billigere, grønnere strøm betyr at energilandskapet endrer seg raskere enn på noe annet tidspunkt i historien. Dette gjelder spesielt soldrevet strøm og batterilagring. Kostnaden for begge har falt med enestående hastigheter det siste tiåret, og energieffektive teknologier som LED-belysning har også utvidet.

Tilgang til billig og allestedsnærværende solenergi og lagring vil forandre måten vi produserer og bruker kraft på, slik at elektrifisering av transportsektoren blir mulig. Det er potensiale for nye kjemiske baserte økonomier som vi lagre fornybar energi som drivstoff, og støtter nye enheter som utgjør en “Internett av ting".

Men vår nåværende energiteknologi vil ikke føre oss til denne fremtiden: vi vil snart treffe effektivitets- og kostnadsgrenser. De potensial for fremtidige reduksjoner i kostnadene for elektrisitet fra silisium sol, for eksempel, er begrenset. Produksjonen av hvert panel krever en hel del energi og fabrikker er dyrt å bygge. Og selv om produksjonskostnadene kan presses litt lenger, er kostnadene for en solinstallasjon nå dominert av statister - installasjon, ledninger, elektronikk og så videre.

Dette betyr at det er lite sannsynlig at dagens solenergisystemer oppfyller den nødvendige brøkdelen av våre 30 TeraWatt (TW) globale kraftbehov (de produserer mindre enn 1 TW i dag) fort nok for å ta opp spørsmål som klimaendringer.

På samme måte er vår nåværende LED-belysning og displayteknologi for dyr og ikke av god nok fargekvalitet til å realistisk erstatte tradisjonell belysning på kort nok tid. Dette er et problem, ettersom belysning for øyeblikket står for 5% av verdens karbonutslipp. Ny teknologi er nødvendig for å fylle dette hullet, og raskt.

Halide perovskitter

Vårt laboratorium i Cambridge, England, jobber med en lovende ny familie av materialer kjent som halide perovskitter. De er halvledere som leder ladninger når de stimuleres med lys. Perovskittblekk deponeres på glass eller plast for å lage ekstremt tynne filmer - rundt en hundredel av bredden på et menneskehår - bestående av metall, halogenid og organiske ioner. Når de er klemt mellom elektrodekontaktene, lager disse filmene solcelle- eller LED-enheter.

Utrolig nok kan fargen på lyset de absorberer eller avgir, endres ved å justere den kjemiske strukturen. Ved å endre måten vi dyrker dem på, kan vi skreddersy dem for å være mer egnet for å absorbere lys (for et solcellepanel) eller for å avgi lys (for en LED). Dette gjør at vi kan lage solceller og lysdioder i forskjellige farger som sender ut lys fra ultrafiolett, helt til det synlige og nesten infrarøde.

Til tross for billig og allsidig behandling har disse materialene vist seg å være bemerkelsesverdig effektive både solceller og lysstråler. Perovskite solceller traff 25.2% effektivitet i 2019, varmt på hælene av krystallinske silisiumceller på 26.7%, og perovskitt-lysdioder er allerede nærmer seg off-the-shelf organisk lysemitterende diode (OLED) forestillinger.

Disse teknologiene er blir raskt kommersialisert, spesielt på solcellefronten. UK-baserte Oxford Photovoltaics har bygget en produksjonslinje og fyller sine første innkjøpsordrer tidlig 2021. Det polske selskapet Saule Technologies ga ut prototypeprodukter ved utgangen av 2018, inkludert en perovskite solfasadepilot. Den kinesiske produsenten Microquanta Semiconductor forventer å produsere mer enn 200,000 kvadratmeter av paneler i produksjonslinjen før årsskiftet. USA-baserte Swift Solar (et selskap jeg var med å grunnlegge) er banebrytende høy ytelse celler med lette, fleksible egenskaper.

Farget lysemitterende blekk fra perovskitt som kan støpes ned i tynne filmer. © Sandeep Pathak, Forfatter gitt

Mellom disse og andre selskaper, det er raskt fremgang.

Solvinduer og fleksible paneler

I motsetning til konvensjonelle silisiumceller, som trenger å være veldig ensartede for høy effektivitet, består perovskittfilmer av mosaikk “korn” av svært variabel størrelse (fra nano-meter til millimeter) og kjemi - og likevel utfører de nesten like bra som de beste silisiumcellene i dag. Hva mer, små flekker eller defekter i perovskitefilmer fører ikke til betydelig tap av strøm. Slike feil ville være katastrofale for et silisiumpanel eller en kommersiell LED.

Selv om vi fremdeles prøver å forstå dette, tvinger disse materialene samfunnet til å omskrive læreboken for det vi anser som en ideell halvleder: de kan ha veldig gode optiske og elektroniske egenskaper til tross for - eller kanskje til og med på grunn av - uorden.

Vi kunne hypotetisk bruke disse materialene til å lage "designer" -fargede solceller som smelter sammen i bygninger eller hus, eller solvinduer som ser ut som tonet glass, men som fremdeles genererer makt.

Men den virkelige muligheten er å utvikle svært effektive celler utover effektiviteten til silisiumceller. For eksempel kan vi legge to forskjellige fargede perovskittfilmer sammen i en "Tandem" solcelle. Hvert lag ville høste forskjellige regioner i solspekteret, og øke den totale effektiviteten til cellen.

Et annet eksempel er hva Oxford PV er banebrytende: å legge til et perovskittlag på toppen av en standard silisiumcelle, noe som øker effektiviteten til eksisterende teknologi uten betydelig ekstra kostnad. Disse tilnærmingene til lagdeling av tandem kan raskt skape en øke effektiviteten av solcellepaneler utover 30%, noe som vil redusere både panel- og systemkostnadene samtidig som de reduserer energifotavtrykk.

Disse perovskittlagene blir også utviklet for å produsere fleksible solcellepaneler som kan behandles for å rulle som avispapir, videre redusere kostnadene. Lett solcelle med høy effekt åpner også muligheter for å drive elektriske kjøretøy og kommunikasjonssatellitter.

Fleksibel perovskitt prototype solcelle. Plamen Petkov for Scientific American

For lysdioder kan perovskites oppnå fantastisk fargekvalitet som kan føre til avanserte fleksible skjermteknologier. Perovskites kunne også gi billigere, høyere kvalitet hvit belysning enn dagens kommersielle lysdioder, med “fargetemperaturen” på en klode som kan produseres for å gi kjølig eller varmt hvitt lys eller hvilken som helst ønsket nyanse i mellom. De skaper også spenning som byggesteiner for fremtidige kvantecomputere, i tillegg til Røntgendetektorer for ekstremt lav dose medisinsk og sikkerhetsbilder.

Selv om de første produktene allerede dukker opp, er det fremdeles utfordringer. Et sentralt spørsmål er å demonstrere langsiktig stabilitet. Men forskningen er lovende, og når disse er løst, kan halogenidperovskitter virkelig drive transformasjonen av energiproduksjonen og forbruket vårt.

om forfatteren

Sam Stranks, lektor i energi- og Royal Society University Research Fellow, University of Cambridge

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

Drawdown: Den mest omfattende planen som noen gang har foreslått å reversere global oppvarming

av Paul Hawken og Tom Steyer
I møte med utbredt frykt og apati har en internasjonal koalisjon av forskere, fagfolk og forskere kommet sammen for å tilby et sett av realistiske og dristige løsninger på klimaendringer. Et hundre teknikker og praksis er beskrevet her-noen er velkjente; noe du kanskje aldri har hørt om. De spenner fra ren energi til å utdanne jenter i lavinntektsland til landbrukspraksis som trekker karbon ut av luften. Løsningene eksisterer, er økonomisk levedyktige, og samfunn over hele verden for tiden anvender dem med dyktighet og besluttsomhet. Tilgjengelig på Amazon

Utforming av klimaproblemer: En retningslinje for lavkol Energi

av Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Med effekten av klimaendringene som allerede er over oss, er behovet for å kutte globale klimagassutslipp intet mindre enn presserende. Det er en skremmende utfordring, men teknologiene og strategiene for å møte den eksisterer i dag. Et lite sett med energipolitikk, designet og implementert godt, kan sette oss på veien mot en fremtid med lite karbon. Energisystemer er store og komplekse, så energipolitikken må være fokusert og kostnadseffektiv. En-størrelse-passer-alle-tilnærminger vil ganske enkelt ikke få jobben gjort. Politiske beslutningstakere trenger en klar, omfattende ressurs som skisserer energipolitikken som vil ha størst innvirkning på klimafremtiden vår, og beskriver hvordan vi kan utforme disse retningslinjene. Tilgjengelig på Amazon

Dette forandrer alt: kapitalisme vs klimaet

av Naomi Klein
In Dette endrer alt Naomi Klein hevder at klimaendringer ikke bare er et annet problem, som skal skjenkes nøye mellom skatt og helsevesen. Det er en alarm som kaller oss for å fikse et økonomisk system som allerede mangler oss på mange måter. Klein bygger omhyggelig saken for hvor massivt å redusere utslippene av drivhusgasser er vår beste mulighet til samtidig å redusere ulikheter i ulikhet, omdefinere våre ødelagte demokratier og gjenoppbygge våre slanke lokale økonomier. Hun avslører den ideologiske desperasjonen til klimaendringene, de rasjonelle vrangforestillinger fra de vilde geoengineers og den tragiske nederlaget av for mange grønne grenser. Og hun demonstrerer nettopp hvorfor markedet ikke har - og ikke kan løse klimakrisen, men vil i stedet gjøre ting verre, med stadig mer ekstreme og økologisk skadelige utvinningsmetoder, ledsaget av voldsomme katastrofkapitalisme. Tilgjengelig på Amazon

Fra Utgiver:
Innkjøp på Amazon går for å dekke kostnadene ved å bringe deg InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uten kostnad og uten annonsører som sporer surfevaner. Selv om du klikker på en kobling, men ikke kjøper disse utvalgte produktene, betaler alt annet du kjøper i samme besøk på Amazon oss en liten provisjon. Det er ingen ekstra kostnader for deg, så vær så snill å bidra til innsatsen. Du kan også bruk denne lenken å bruke til Amazon når som helst slik at du kan bidra til å støtte vår innsats.