Manipis, May kakayahang umangkop na Bagong Mga Cell sa Solar Maaaring Matagal na Linya ang Iyong Shirt


Ang pangkalahatang tuntunin kapag ang pagbuo ng isang bagong uri ng solar na teknolohiya ay upang asahan ang progreso upang maging mabagal. Dalhin ang silikon solar cells, ang pinaka-nasa lahat ng pook at makikilala na anyo ng photovoltaic na henerasyon ngayon. Kapag ang mga panel ng silikon ay unang itinayo sa unang bahagi ng 1950s, maaari lamang nilang buksan ang tungkol sa 6 na porsiyento ng liwanag na pumipihit sa kanila sa kuryente. Mahigit sa 30 taon na ang lumipas, ang bilang na ito ay umabot sa 20 porsiyento, at ngayon-30 taon pagkatapos nito-regular na ginagawa nila sa kalagitnaan ng 20 taon.

Kaya noong, noong 2017, isang bagong materyal ang tumalon mula sa 3.8 porsiyento hanggang 22.7 porsiyentong kahusayan matapos ang mas mababa sa 8 taon ng pag-unlad, nakuha ito ng pansin ng mga tao.

"Ito ang kauna-unahang pagkakataon na talagang hindi namin alam ang tungkol sa materyal, at nakagawa kami ng talagang mahusay na mga solar cell," sabi ni Joe Berry, na gumagana sa solar cells sa National Renewable Energy Lab sa Golden, Colorado. At ang kahusayan na iyon ay patuloy na mapapabuti habang natututo ang mga siyentipiko tungkol sa bagong materyal, ipinaliwanag ni Berry. "Ang aking inaasahan ay magiging mas mabilis ito kaysa sa kahit ano na nangyari."

Ang bagong materyales ay tinatawag na perovskite, pagkatapos ng isang natural na mineral na makikita ng sagana sa kabuuan ng Earth's crust. Ang Perovskite photovoltaics ay ginawa mula sa isang iba't ibang mga materyal na may isang katulad na istraktura ng kristal, na nagbibigay sa kanila ng mga katangian ng semiconductor. Ang mga ito ay tinutukoy kung minsan bilang "hybrid perovskite cells" dahil nagpapakita sila ng mga katangian ng iba't ibang umiiral na photovoltaics.

"Ang mga ito ay tulad ng tasa ng peanut butter sa reese ng solar cells," sabi ni Dan Schwartz, direktor ng Clean Energy Institute ng Washington, kung saan ang mga kumpanya ay nagrerenta ng space space upang bumuo ng mga bagong teknolohiya ng solar at baterya. "Dalhin ang ilan sa mga pinakamahusay na bahagi ng bawat isa, at ilan sa mga hamon. "

Una, ang pinakamagandang bahagi: Hindi tulad ng mga karaniwang solar panel kung saan ang silikon ay dapat na tinatakan sa mga hurno na may mataas na temperatura at pagkatapos ay inukit sa perpektong mga manipis at pinagsama-sama, ang mga perovskite ay maaaring i-print tulad ng tinta, na nangangahulugan na kumukuha sila ng mas kaunting enerhiya sa paggawa. Ang perovskite na istraktura ay hindi masyadong matigas kaysa sa silikon, kaya maaari itong gawing flexible, thin-film na mga panel at mai-install sa mga window ng gusali ng opisina, sasakyan, electronics, o kahit na damit. Iba pang mga uri ng manipis na film solar cells ay naging sa paligid para sa ilang sandali, ngunit hindi nila ay nagpapakita ng uri ng pagganap at mabilis na pagpapabuti na perovskite films makamit. Ang maximum na kahusayan sa teorya para sa perovskite ay 33 porsiyento-sa kasalukuyang rate ng pagpapabuti, maaaring sila ay nakakakuha ng malapit sa loob ng dekada.

Ngunit bumalik sa mga hamon. Para sa mga perovskite, ang malaking sagabal ay ang kanilang pagkasumpung. Ang istraktura ng kristal ng Perovskite ay madaling kapitan ng sakit, lalo na sa pagkakaroon ng oxygen o kahalumigmigan. Ilang taon na ang nakalilipas, ang mga kristal perovskite ay tumagal lamang ng ilang oras bago nawala ang kanilang pagiging epektibo; ngayon, ang mga materyales sa lab ay sinubok para sa mga anim na linggo sa isang pagkakataon. Ang isang potensyal na ayusin ay sa paraan ng mga perovskite ay "nakabalot," o protektado mula sa pagkakalantad sa hangin.

Ang isa pang hadlang ay pang-ekonomiya. Ang merkado para sa solar ay naka-set up upang pabor silikon photovoltaics, isang industriya na may higit sa 30 taon upang fine-tune nito tech at pumantay ang mga margin nito. Nakikipagkumpitensya nang direkta sa tradisyonal na silikon solar panels ay maaaring hindi ang paraan na ang perovskite at iba pang mga bagong solar na materyales ay ginagawa ito sa merkado. Ang isang promising application ng perovskite ay pinagsama sa iba pang mga solar cell, layered up tulad ng isang photovoltaic cake. Dahil ang sikat ng araw ay binubuo ng maraming iba't ibang mga wavelength, lumilitaw na ito ay mas mahusay na i-convert ang mga tiyak na wavelength sa target na photovoltaic cell – sabihin, isang cell para sa asul-berdeng dulo ng spectrum at isa para sa pulang dulo. Ang mga kumbinasyon o "multi-junction" na mga cell ay naabot ng mga kahusayan sa itaas 40 porsyento-dalawang beses na ng tradisyonal na solar panel sa merkado ngayon.

"Ang pinakamahalagang bagay sa pagkuha ng teknolohiyang ito sa merkado ay bukas para sa mga natatanging kaso ng paggamit," sabi ni Paul Meissner, CEO ng Silicon Valley-based startup Energy Everywhere, isa sa isang dakot ng mga bagong kumpanya na nagsisikap na bumuo ng perovskite, kasama iba pang mga hindi nagpapatibay na teknolohiya. "Higit pa rito, paano namin babaan ang gastos kada wat. Ito ang paraan ng pag-reconceive namin ng enerhiya? "

Naniniwala ang Meissner na ang perovskite ay isa sa ilang mga teknolohiya na may kakayahang muling idisenyo ang aming sistema ng enerhiya mula sa lupa. Sa ngayon, ang henerasyon ng solar power ay binubuo lamang ng halos 2 porsiyento ng global power supply. Upang makuha ang bilang na mas mataas ay nangangailangan ng malawak na halaga ng mga murang solar cell-at maraming mga nobelang lugar upang ilagay ang mga ito, hindi lamang utility-scale na mga patlang ng mga panel. Sa teknolohiya tulad ng perovskite, ang aming mga gusali, mga kalsada, at mga sasakyan ay maaaring mag-ani ng ilan sa solar power na iyon.

Kapag nangyari iyan, sabi ni Meissner, kailangan nating maglipat mula sa pag-iisip ng enerhiya bilang dumadaloy mula sa mga producer-kumpanya na may malalaking, sentralisadong mga halaman ng kapangyarihan-sa iba pa sa atin. Sa halip ay kakailanganin natin kung ano ang iniisip ni Meissner bilang "internet of energy," isang democratized, desentralisadong sistema ng kuryente kung saan ang lahat ay maaaring gumawa, magamit at makapag-trade ng renewable energy. Ang isang startup sa Brooklyn ay nag-eeksperimento sa ganitong uri ng kalakalan ng enerhiya na, kung saan ang mga kapitbahay ay bumili at nagbebenta ng kanilang sariling solar power mula sa isa't isa; sa ibang lugar, ang mga microgrids ay pagsubok-pagmamaneho ng software na kinakailangan upang mag-shuffle enerhiya sa paligid ng isang komplikadong network ng supply at demand bilang walang putol hangga't maaari.

"Ang layunin ay magkaroon ng solar sa lahat ng dako," sabi ni Dan Schwartz. At sa ngayon, ang perovskite ay nag-aalok ng pinaka-maaasahang landas sa isang mundo kung saan ang pag-install ng solar ay maaaring maging mas mura at madali at awtomatiko, sabi ni Schwartz, bilang lumiligid na "Tyvex papunta sa gilid ng isang bahay."


Higit pang mga Great WIRED Stories