Teknologi solar semasa tidak cukup baik. Antonio Garcia di Unsplash, FAL

Permintaan untuk elektrik yang lebih murah dan hijau bermaksud bahawa landskap tenaga berubah lebih cepat daripada pada titik lain dalam sejarah. Ini benar terutamanya elektrik berkuasa solar and simpanan bateri. Kos kedua-duanya telah menurun pada kadar yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam dekad yang lalu dan teknologi cekap tenaga seperti Lampu LED juga telah berkembang.

Akses ke tenaga suria dan penyimpanan yang murah dan ada di mana-mana akan mengubah cara kita menghasilkan dan menggunakan tenaga, yang memungkinkan pengalihan elektrik bagi sektor pengangkutan. Terdapat potensi ekonomi berasaskan kimia baru di mana kita menyimpan tenaga boleh diperbaharui sebagai bahan bakar, dan menyokong peranti baru yang membentuk "internet perkara".

Tetapi teknologi tenaga kita sekarang tidak akan membawa kita ke masa depan ini: kita akan segera mencapai had kecekapan dan kos. The berpotensi untuk pengurangan masa depan misalnya, kos elektrik dari solar silikon adalah terhad. Pembuatan setiap panel memerlukan sejumlah tenaga dan kilang mahal untuk dibina. Walaupun kos pengeluaran dapat diperah sedikit, kos pemasangan solar sekarang dikuasai oleh tambahan - pemasangan, pendawaian, elektronik dan sebagainya.

Ini bermaksud bahawa sistem tenaga suria semasa tidak mungkin memenuhi pecahan yang diperlukan dari keperluan kuasa global 30 TeraWatt (TW) kami (mereka menghasilkan kurang dari 1 TW hari ini) cukup pantas untuk mengatasi masalah seperti perubahan iklim.

Begitu juga, teknologi pencahayaan dan paparan LED semasa kami terlalu mahal dan tidak mempunyai kualiti warna yang cukup baik untuk menggantikan pencahayaan tradisional secara realistik dalam jangka masa yang cukup singkat. Ini adalah masalah, kerana pencahayaan sekarang 5% pelepasan karbon dunia. Teknologi baru diperlukan untuk mengisi jurang ini, dan cepat.

perovskit halida

Makmal kami di Cambridge, England, bekerjasama dengan keluarga baru yang menjanjikan dikenali sebagai halida perovskites. Mereka adalah semikonduktor, melakukan cas apabila dirangsang dengan cahaya. Tinta perovskite disimpan ke kaca atau plastik untuk membuat filem yang sangat nipis - sekitar seperseratus lebar rambut manusia - terdiri daripada ion logam, halida dan organik. Apabila terjepit di antara kenalan elektrod, filem ini dibuat sel solar atau peranti LED.

Hebatnya, warna cahaya yang mereka serap atau pancarkan dapat diubah hanya dengan mengubah struktur kimianya. Dengan mengubah cara kita menanamnya, kita dapat menyesuaikannya agar lebih sesuai untuk menyerap cahaya (untuk panel solar) atau memancarkan cahaya (untuk LED). Ini membolehkan kita membuat sel suria warna dan LED yang memancarkan cahaya dari ultra-ungu, sampai ke inframerah yang kelihatan dan dekat.

Walaupun pemprosesan mereka murah dan serba boleh, bahan-bahan ini terbukti sangat cekap sebagai sel suria dan pemancar cahaya. Sel suria perovskite melanda Kecekapan 25.2% pada tahun 2019, panas di tumit sel silikon kristal pada 26.7%, dan LED perovskite sudah menghampiri Persembahan diod pemancar cahaya organik di luar rak (OLED).

Teknologi ini adalah cepat dikomersialkan, terutamanya di bahagian depan sel suria. Photovoltaics Oxford yang berpangkalan di UK telah membina barisan pengeluaran dan sedang mengisi pesanan pembelian pertama pada awal 2021. Syarikat Poland Saule Technologies mengeluarkan produk prototaip pada akhir 2018, termasuk a juruterbang muka suria perovskite. Pengilang China Microquanta Semiconductor menjangkakan akan menghasilkan lebih daripada 200,000 meter persegi panel dalam barisan pengeluarannya sebelum akhir tahun. Swift Solar yang berpusat di AS (sebuah syarikat yang saya tubuhkan) adalah perintis prestasi tinggi sel dengan sifat ringan dan fleksibel.

Tinta pemancar cahaya perovskite berwarna yang dapat dilemparkan ke dalam filem nipis. © Sandeep Pathak, Pengarang disediakan

antara ini dan syarikat lain, terdapat kemajuan pesat yang dibuat.

Tingkap suria dan panel fleksibel

Tidak seperti sel silikon konvensional, yang perlu sangat seragam untuk kecekapan tinggi, filem perovskite terdiri daripada mozek "biji-bijian" dengan ukuran yang sangat berubah-ubah (dari nano-meter hingga milimeter) dan kimia - namun ia berfungsi hampir sama dengan sel silikon terbaik hari ini. Apatah lagi, cacat cela kecil atau kecacatan dalam filem perovskite tidak menyebabkan kehilangan kuasa yang ketara. Kecacatan seperti itu akan menjadi bencana bagi panel silikon atau LED komersial.

Walaupun kami masih berusaha memahami ini, bahan-bahan ini memaksa masyarakat untuk menulis semula buku teks untuk apa yang kami anggap sebagai semikonduktor yang ideal: mereka boleh memiliki sifat optik dan elektronik yang sangat baik walaupun - atau mungkin juga kerana - gangguan.

Kita boleh menggunakan bahan-bahan ini secara hipotetis untuk membuat sel solar berwarna "pereka" yang menyatu dengan bangunan atau rumah, atau tingkap solar yang kelihatan seperti kaca berwarna namun menghasilkan kuasa.

Tetapi peluang sebenarnya adalah untuk mengembangkan sel yang sangat efisien melebihi kecekapan sel silikon. Sebagai contoh, kita dapat menyatukan dua filem perovskite yang berlainan warna dalam satu Sel suria "tandem". Setiap lapisan akan menuai kawasan yang berlainan dari spektrum suria, meningkatkan kecekapan keseluruhan sel.

Contoh lain adalah yang dipelopori Oxford PV: menambahkan lapisan perovskite di atas sel silikon standard, meningkatkan kecekapan teknologi yang ada tanpa kos tambahan yang besar. Pendekatan peletakan tandem ini dapat dengan cepat membuat a meningkatkan kecekapan panel solar melebihi 30%, yang akan mengurangkan kedua-dua panel dan kos sistem dan juga mengurangkannya jejak tenaga.

Lapisan perovskite ini juga dikembangkan untuk menghasilkan panel surya yang fleksibel yang dapat diproses untuk digulung seperti kertas surat khabar mengurangkan kos. Solar berkuasa tinggi dan ringan juga membuka kemungkinan untuk menghidupkan kenderaan elektrik dan satelit komunikasi.

Sel suria prototaip perovskite yang fleksibel. Plamen Petkov untuk Scientific American

Untuk LED, perovskites boleh mencapai yang hebat kualiti warna yang boleh menyebabkan maju teknologi paparan fleksibel. Perovskites juga dapat memberikan kualiti yang lebih murah dan lebih tinggi pencahayaan putih daripada LED komersial hari ini, dengan "suhu warna" dunia dapat dihasilkan untuk memberikan cahaya putih yang sejuk atau hangat atau apa-apa warna yang diinginkan di antaranya. Mereka juga menimbulkan kegembiraan sebagai blok bangunan untuk komputer kuantum masa depan, Serta Pengesan X-Ray untuk pengimejan perubatan dan keselamatan dengan dos yang sangat rendah.

Walaupun produk pertama sudah muncul, masih ada cabaran. Satu masalah utama adalah menunjukkan kestabilan jangka panjang. Tetapi penyelidikannya menjanjikan, dan setelah diselesaikan, halov perovskites benar-benar dapat mendorong transformasi pengeluaran dan penggunaan tenaga kita.

Mengenai Penulis

Sam Stranks, Pensyarah Penyelidikan Universiti Tenaga dan Royal Society, Universiti Cambridge

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.

Buku-buku yang berkaitan

Pengeluaran: Rancangan Paling Komprehensif yang Pernah Dicadangkan untuk Membalik Pemanasan Global

oleh Paul Hawken dan Tom Steyer
Dalam menghadapi rasa takut dan tidak peduli yang luas, koalisi penyelidik, profesional dan ahli sains antarabangsa telah berkumpul untuk menawarkan satu set penyelesaian yang realistik dan berani terhadap perubahan iklim. Seratus teknik dan amalan dijelaskan di sini-ada yang terkenal; ada yang tidak pernah anda dengar. Mereka terdiri dari tenaga bersih untuk mendidik anak perempuan di negara berpendapatan rendah untuk amalan guna tanah yang menarik karbon dari udara. Penyelesaiannya wujud, bersifat ekonomi, dan masyarakat di seluruh dunia kini menguatkuasakan mereka dengan kemahiran dan keazaman. Tersedia di Amazon

Merancang Penyelesaian Iklim: Panduan Dasar untuk Tenaga Rendah Karbon

oleh Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Dengan kesan perubahan iklim yang menimpa kita, keperluan untuk mengurangkan pelepasan gas rumah kaca global tidak kurang hebatnya. Ini adalah cabaran yang menakutkan, tetapi teknologi dan strategi untuk menanganinya ada sekarang. Sebilangan kecil dasar tenaga, yang dirancang dan dilaksanakan dengan baik, dapat membawa kita ke arah masa depan yang rendah karbon. Sistem tenaga besar dan kompleks, jadi dasar tenaga mesti fokus dan menjimatkan kos. Pendekatan satu ukuran untuk semua tidak akan berjaya. Pembuat dasar memerlukan sumber yang jelas dan komprehensif yang menggariskan dasar tenaga yang akan memberi kesan terbesar pada masa depan iklim kita, dan menerangkan bagaimana merancang polisi ini dengan baik. Tersedia di Amazon

Ini Menukar Semua: Kapitalisme vs Iklim

oleh Naomi Klein
In Ini Menukar Semua Naomi Klein berhujah bahawa perubahan iklim bukanlah satu lagi isu yang perlu difailkan antara cukai dan penjagaan kesihatan. Ini penggera yang menyeru kami untuk memperbaiki sistem ekonomi yang telah gagal dalam banyak cara. Klein dengan teliti membina kes untuk mengurangkan secara besar-besaran pelepasan rumah hijau kami adalah peluang terbaik kami untuk secara serentak mengurangkan ketidaksamaan yang menggerunkan, membayangkan semula demokrasi kami yang patah, dan membina semula ekonomi tempatan kami yang terbuang. Dia mendedahkan keputusasaan ideologi tentang penyangkalan perubahan iklim, khayalan para ahli geoengineers, dan kekalahan tragis terlalu banyak inisiatif hijau arus perdana. Dan dia menunjukkan persis mengapa pasar tidak-dan tidak dapat menyelesaikan krisis iklim tetapi sebaliknya akan membuat keadaan lebih teruk, dengan kaedah ekstraksi yang lebih melampau dan ekologi merosakkan, disertai dengan kapitalisme bencana yang meluas. Tersedia di Amazon

Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon pergi untuk membiayai kos membawa anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, and ClimateImpactNews.com tanpa sebarang kos dan tanpa pengiklan yang mengesan tabiat melayari anda. Walaupun anda mengklik pada pautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa-apa lagi yang anda beli dalam lawatan yang sama di Amazon memberi kami komisen kecil. Tiada kos tambahan untuk anda, jadi sila sumbangkan kepada usaha. Anda juga boleh gunakan pautan ini untuk digunakan untuk Amazon pada bila-bila masa supaya anda boleh membantu menyokong usaha kami.