Как мы можем получить еще больше энергии от солнца

Солнечные панели на крыше Walmart, Mountain View, Калифорния. Walmart / Flickr, CC BYСолнечные панели на крыше Walmart, Mountain View, Калифорния.
Walmart / Flickr, CC BY

Глобальный спрос на энергию растет с каждым часом, когда развивающиеся страны стремятся к индустриализации. По оценкам экспертов, к году 2050 мировой спрос на электроэнергию может достигнуть 30 terawatts (TW). Для перспективы один тераватт примерно равен мощности 1.3 миллиардов лошадей.

Энергия от солнца безгранична - солнце дает нам мощность 120,000 TW в любой момент - и это бесплатно. Но сегодня солнечная энергия обеспечивает только около одного процента мирового электричества. Критическая проблема заключается в том, чтобы сделать менее затратным преобразование фотоэнергии в полезную электрическую энергию.

Для этого нам нужно найти материалы, которые поглощают солнечный свет и эффективно преобразуют его в электричество. Кроме того, мы хотим, чтобы эти материалы были изобилующими, экологически безопасными и экономичными для изготовления солнечных батарей.

Исследователи со всего мира работают над разработкой технологий солнечных батарей, которые являются эффективными и доступными. Цель состоит в том, чтобы принести стоимость установки солнечного электричества ниже USN 1 на ватт, по сравнению с около $ 3 за ватт сегодня.

В университете Бингемтона Центр автономной солнечной энергии (CASP), мы изучаем способы создания тонкопленочных солнечных элементов с использованием материалов, которые в изобилии по природе и нетоксичны. Мы хотим разработать солнечные элементы, которые являются надежными, высокоэффективными при преобразовании солнечного света в электричество и недорогом в производстве. Мы определили два материала, которые обладают большим потенциалом в качестве солнечных поглотителей: пирит, более известный как золото дурака из-за его металлического блеска; и медно-цинково-оловянно-сульфидный (CZTS).

Поиск идеального материала

Сегодняшние коммерческие солнечные элементы изготавливаются из одного из трех материалов: кремния, теллурида кадмия (CdTe) и медно-индий-галлий-селенида (CIGS). У каждого есть свои сильные и слабые стороны.

Кремниевые солнечные элементы очень эффективны, превращаясь в 25 процентов солнечного света, который падает на них в электричество, и очень долговечен. Однако очень важно обрабатывать кремний в пластинах. И эти пластины должны быть очень толстыми (около 0.3 миллиметров, что толще для солнечных элементов), чтобы поглотить весь солнечный свет, который падает на них, что еще больше увеличивает затраты.

Кремниевые солнечные элементы, часто называемые солнечными батареями первого поколения, используются в панелях, которые стали знакомыми для крыш. Наш центр изучает еще один тип, называемый тонкопленочными солнечными батареями, которые являются следующим поколением солнечных технологий. Как следует из их названия, тонкопленочные солнечные элементы изготавливаются путем нанесения тонкого слоя солнечного поглощающего материала на подложку, такого как стекло или пластик, которые обычно могут быть гибкими.

Эти солнечные элементы используют меньше материала, поэтому они дешевле, чем кристаллические солнечные элементы, изготовленные из кремния. Нельзя покрывать кристаллический кремний на гибкой подложке, поэтому нам нужен другой материал для использования в качестве солнечного поглотителя.


 Получить последнее по электронной почте

Еженедельный Журнал Ежедневно Вдохновение

Хотя тонкопленочные солнечные технологии быстро улучшаются, некоторые из материалов в современных тонкопленочных солнечных батареях являются скудными или опасными. Например, кадмий в CdTe очень токсичен для всех живых организмов и, как известно, вызывает рак у людей. CdTe может выделяться в кадмий и теллур при высоких температурах (например, в лаборатории или дома), что создает серьезный риск при вдыхании.

Мы работаем с пиритом и CZTS, потому что они нетоксичны и очень недороги. CZTS стоит около 0.005 центов на ватт, а стоимость пирита простой 0.000002 центов на ватт, Они также являются одними из самых распространенных материалов в земной коре и эффективно поглощают видимый спектр солнечного света. Эти пленки могут быть такими же тонкими, как 1 / 1000th миллиметра.

Тестирование солнечных элементов CZTS при моделированном солнечном свете. Тара Дхакал / Университет Бингемтона, автор предоставил Тестирование солнечных элементов CZTS при моделированном солнечном свете.
Тара Дхакал / Университет Бингемтона, автор предоставил
Нам нужно кристаллизовать эти материалы, прежде чем мы сможем изготовить их в солнечные элементы. Это делается путем их нагрева. CZTS кристаллизуется при температурах в диапазоне 600 по Цельсию, по сравнению с 1,200 градусами Цельсия или выше для кремния, что делает его менее дорогостоящим процессом. Он очень похож на высокоэффективные солнечные элементы из селенида галлия меди (CIGS), которые сейчас имеются в продаже, но заменяет индий и галлий в этих ячейках более дешевым и более обильным цинком и оловом.

Тем не менее, солнечные элементы CZTS относительно неэффективны: они конвертируют меньше, чем 13 процентов солнечного света, который падает на них на электричество, по сравнению с 20 процентами для более дорогих солнечных элементов CIGS.

Мы знаем, что солнечные элементы CZTS могут быть эффективными на 30. Основными проблемами являются 1), синтезирующий высококачественную тонкую пленку CZTS без каких-либо следов примесей, и 2) нахождение подходящего материала для «буферного» слоя под ним, что помогает собирать электрические заряды, создаваемые солнечным светом в слое поглотителя. Наша лаборатория выпустила тонкую пленку CZTS с семипроцентная эффективность; мы надеемся вскоре приблизиться к эффективности 15 процентов за счет синтеза высококачественных слоев CZTS и поиска подходящих буферных слоев.

Структура солнечного элемента CZTS. Тара Дхакал / Университет Бингемтона, автор предоставилСтруктура солнечного элемента CZTS.
Тара Дхакал / Binghamton Univ., Автор предоставил
Пирит - еще один потенциальный поглотитель, который может быть синтезирован при очень низких температурах. Наша лаборатория синтезировала тонкие пленки пирита, и теперь мы работаем над тем, чтобы слить эти пленки в солнечные элементы. Этот процесс является сложным, потому что пирит легко ломается, когда он подвергается воздействию тепла и влаги. Мы исследуем способы сделать его более стабильным, не влияя на его солнечную поглощающую способность и механические свойства. Если мы сможем решить эту проблему, «золото дурака» может превратиться в интеллектуальное фотоэлектрическое устройство.

В недавнем исследовании исследователи из Стэнфордского университета и Калифорнийского университета в Беркли подсчитали, что солнечная энергия может обеспечить до 45 процентов электроэнергии США 2050. Чтобы соответствовать этой цели, нам нужно продолжать снижать затраты на солнечную энергию и находить способы сделать солнечные батареи более устойчивыми. Мы считаем, что обильные нетоксичные материалы являются ключевыми для реализации потенциала солнечной энергии.

Об авторе

дхакал тараТара П. Дакаль, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники, Университет Бингемтона, Государственный университет Нью-Йорка. Его исследовательский интерес связан с возобновляемыми источниками энергии, в частности с солнечной энергией. Его исследовательская цель - достичь технологии солнечных батарей, которая является экологически чистой и экономически доступной.

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon

 

Следуйте за InnerSelf

значок facebookзначок Twitterзначок YouTubeзначок Instagramпиктограммазначок rss

 Получить последнее по электронной почте

Еженедельный Журнал Ежедневно Вдохновение

ДОСТУПНЫЕ ЯЗЫКИ

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

ВНУТРЕННИЕ ГОЛОСЫ

Лунное затмение, 12 мая 2022 г.
Астрологический обзор и гороскоп: 23–29 мая 2022 г.
by Пэм Younghans
Этот еженедельный астрологический журнал основан на планетных влияниях и предлагает перспективы и…
05 21 разбудить воображение в опасные времена 5362430 1920
Переосмысление воображения в опасные времена
by Натурза Габриэль Крам
В мире, который часто кажется намеренным разрушить себя, я ловлю себя на том, что храню красоту — такую…
группа представителей разных рас, стоящих для группового фото
Семь способов проявить уважение к своей разнообразной команде (видео)
by Келли Макдональд
Уважение глубоко значимо, но дарить ничего не стоит. Вот способы, которыми вы можете продемонстрировать (и…
слон идет перед заходящим солнцем
Астрологический обзор и гороскоп: 16–22 мая 2022 г.
by Пэм Younghans
Этот еженедельный астрологический журнал основан на планетных влияниях и предлагает перспективы и…
фото Лео Бускальи с обложки его книги: Жизнь, любовь и обучение
Как изменить чью-то жизнь за несколько секунд
by Джойс Vissell
Моя жизнь резко изменилась, когда кто-то воспользовался этой секундой, чтобы указать на мою красоту.
составная фотография полного лунного затмения
Астрологический обзор и гороскоп: 9–15 мая 2022 г.
by Пэм Younghans
Этот еженедельный астрологический журнал основан на планетных влияниях и предлагает перспективы и…
05 08 развитие сострадательного мышления 2593344 завершено
Развитие сострадательного мышления по отношению к себе и другим
by Мария Т. Рассел, InnerSelf.com
Когда люди говорят о сострадании, они в основном имеют в виду сострадание к другим...
мужчина пишет письмо
Пишите правду и позволяйте эмоциям течь
by Барбара Бергер
Записывать вещи — хороший способ попрактиковаться в том, чтобы говорить правду.
Как я завалил научную ярмарку, но спас мир
Как я завалил научную ярмарку, но спас мир
by Алан Коэн
То, что происходит во внешнем мире, не может изменить то, кем мы являемся, или повлиять на нашу истинную природу. Независимо от того…
четвертое июля2
Это не должно было быть так
by Роберт Дженнингс, Innerself.com
Некоторые страны добились выдающихся успехов в борьбе с этой пандемией Covid.
фото Лео Бускальи с обложки его книги: Жизнь, любовь и обучение
Как изменить чью-то жизнь за несколько секунд
by Джойс Vissell
Моя жизнь резко изменилась, когда кто-то воспользовался этой секундой, чтобы указать на мою красоту.

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ

найти то, что вы ищете 5 25
Используйте хорарную астрологию, чтобы найти то, что вы потеряли
by Алфи Лавуа
Среди астрологов всегда было много споров о том, в какое время (и даже в каком месте) нужно…
восстановление окружающей среды 4 14
Как местные птицы возвращаются в восстановленные городские леса Новой Зеландии
by Элизабет Эллиот Ноэ, Университет Линкольна и др.
Урбанизация и разрушение среды обитания, которое она влечет за собой, представляют собой серьезную угрозу для местных птиц…
История страданий и смертей, стоящих за запретом абортов в Ирландии и последующей легализацией
История страданий и смертей, стоящих за запретом абортов в Ирландии и последующей легализацией
by Гретхен Э. Эли, Университет Теннесси
Если Верховный суд США отменит решение «Роу против Уэйда» от 1973 года, легализовавшее аборты в…
сколько сна вам нужно 4 7
Сколько сна вам действительно нужно
by Барбара Жаклин Саакян, Кембриджский университет, и др.
Большинство из нас изо всех сил пытаются хорошо думать после плохого ночного сна — чувствуя себя затуманенными и неспособными работать…
доверчивые общества счастливы 4 14
Почему доверчивые общества в целом счастливее
by Энджамин Рэдклифф, Университет Нотр-Дам
Люди — социальные животные. Это означает, почти по логической необходимости, что люди…
польза воды с лимоном 4 14
Будет ли лимонная вода очищать или заряжать вас энергией?
by Эванджелин Манциорис, Университет Южной Австралии
Если верить анекдотам в Интернете, пить теплую воду с каплей лимонного сока — это…
группа представителей разных рас, стоящих для группового фото
Семь способов проявить уважение к своей разнообразной команде (видео)
by Келли Макдональд
Уважение глубоко значимо, но дарить ничего не стоит. Вот способы, которыми вы можете продемонстрировать (и…
эконом 4 14
5 фактов, о которых знают экономисты, но которые большинству людей кажутся неверными
by Рено Фукарт, Ланкастерский университет
Любопытно, что наша профессия состоит в том, что, когда мы, академические экономисты, в значительной степени согласны с каждым…

Новое отношение - новые возможности

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholistPolitics.com | Рынок InnerSelf
Copyright © 1985 - 2021 Innerself Публикации. Все права защищены.