Всякий раз, когда я говорю людям, я работаю с солнечными батареями, мне задают те же два вопроса: они когда-нибудь будут действительно дешевыми? И можете ли вы меня достать? Хотя ответа на второй вопрос нет, ответ на первый вопрос гораздо более позитивный. Из года в год солнечные панели падали в цене и повышали эффективность, с которой они могли преобразовывать свет в энергию.

В то же время затраты на ископаемое топливо продолжают расти, и в ближайшие несколько лет мы достигнем точки, где затраты перекрываются - некоторые цифры возможно, это уже произошло. Вопрос заключается не в том, может ли солнечная энергия вытеснять ископаемое топливо как самое дешевое средство для производства энергии, а скорее когда.

Несмотря на то, что это стало огромным стимулом для солнечной промышленности, главным волнением в солнечном секторе сегодня является новый тип материала, называемый перовскита, Объединив некоторые из лучших качеств более распространенных материалов, он оказался невероятно гибким - до такой степени, что исследователи Университета Шеффилда изготовили перовскитные солнечные элементы в виде спрей-жидкости. Итак, что такое перовскит, и каково жужжание вокруг него?

Солнечные элементы, составляющие солнечные панели, реагирующие на свет, построены из того, что известно как фотоэлектрические материалы, Когда свет попадает на эти материалы, электроны освобождаются для перемещения по материалу. При тщательном проектировании структуры этих солнечных элементов эти электроны могут быть собраны в поток электрического тока. Это процесс, который обеспечивает несколько волшебное свойство солнечных панелей - солнечный свет и электричество.

Внутри панели солнечных батарей

В широком смысле, солнечные элементы можно разделить на две различные группы: на основе неорганических фотовольтаических материалов, таких как кремний или теллурид кадмия, и те, которые основаны на конкретных органических соединениях, таких как PCDTBT, Оба имеют свои собственные преимущества и недостатки.

Неорганические материалы уже хорошо зарекомендовали себя в промышленности, способные преобразовывать свет в электроэнергию с эффективностью более 20% и создавать солнечные батареи с более чем 25-летним сроком годности. Недостатком является то, что требуемое сырье, особенно с кремнием, может быть дорогостоящим.

Органические солнечные элементы основаны на потенциально недорогих материалах и могут даже быть изготовлены из жидкого раствора, что делает их очень быстрыми и дешевыми для производства. Однако даже в лабораторных масштабах органические солнечные элементы борются за достижение эффективности более 10%. Еще более важно, что органические соединения постепенно разлагаются под светом, часто сокращая срок службы панели до нескольких месяцев или недель, а не лет. Следовательно, эти органические материалы редко использовались для производства солнечных батарей, поскольку никто не любит идею встать на их крышу, чтобы заменить их каждые шесть месяцев. В идеале мы хотим использовать солнечный элемент с эффективностью и долговременной стабильностью неорганических материалов с ультранизкой стоимостью органических материалов.

Введите перовскит

В последние годы исследования солнечной энергии стали свидетелями появления замечательного нового класса материалов, известного как перовскитами, Это гибридный органически-неорганический материал, по существу органическое соединение с прикрепленным неорганическим элементом. Перовскит относится к определенному типу кристаллической структуры, который естественно возникает в некоторых минералах. Эти гибридные соединения имеют эту кристаллическую структуру, но также представляют собой сложную комбинацию органических аммиака и метильных групп с присоединенными неорганическими иодидами свинца или молекулами хлорида свинца.

Причина волнение окружающих эти материалы является откровенно ошеломляет скорость, с которой они разработали. Раньше, когда новый материал был обнаружен он принял несколько 10-20 лет исследований, чтобы достичь скорости КПД даже 10%. Перовскита солнечные батареи появились только в 2012, но уже накрутил конверсии более 19% эффективности, Эта вспышка развития беспрецедентна в солнечных исследованиях.

В качестве гибридного материала, а также с хорошей эффективностью, как и с неорганическими материалами, перовскиты также могут использовать возможности органических солнечных материалов для применения в жидком растворе. Это то, что группа профессора Дэвида Лидзи в Университете Шеффилда воспользовалась, распыляя перовскит в виде жидкого покрытия на материал подложки. Это позволяет производить солнечные батареи при больших объемах и низкой стоимости.

Будущее перовскитов

Означает ли это, что все будущие солнечные батареи будут основаны на перовскитах? Это слишком рано говорить. Несмотря на то, что они имеют много преимуществ есть еще ряд ключевых проблем, которые предстоит преодолеть.

Есть несколько вопросов, касающихся потенциального воздействия свинцового материала на окружающую среду (хотя работа продолжается, чтобы устранить потребность в свинце), и насколько легко производство может быть увеличено до полезного коммерческого размера. Как и в случае с органическими солнечными батареями, их долговременная стабильность также очень сомнительна, и они особенно чувствительны к влаге - несколько капель воды могут полностью разрушить материал.

Таким образом, создание перовскитного солнечного панельного модуля, способного выжить в течение многих десятилетий на открытом воздухе, скорее всего, все-таки отступает - на самом деле нет никакой гарантии, что это даже возможно. Но наверняка, что потенциал перовскитных солнечных элементов ошеломляет, и если обещание материала может быть реализовано, оно может полностью изменить возможности солнечной энергии.

Эта статья изначально была опубликована в Беседа.
Читать оригинал статьи.

Об авторе

Джон Майор является научным сотрудником в Университете Ливерпуля. Его исследовательские интересы включают тонкую пленку, фотовольтаику, полупроводники и прозрачные проводники.

Раскрытие информации: Джон Майор является аффилированным лицом национального исследовательского консорциума SUPERGEN 'supersolar'.

Рекомендуемые книги:

Зеленое волшебство: сохранение, солнечная энергия, органическое садоводство и другие практические навыки из соответствующего технического инструментария - Джон Майкл Грир

В древние времена волшебник был независимым интеллектуалом, основным запасом в торговле которого были хорошие советы, поддерживаемые основательным обучением в области сельского хозяйства, навигации, политической и военной науки, языков, торговли, математики, медицины и естественных наук. Эта книга является обязательным для всех, кто обеспокоен уменьшением нашей зависимости от перегруженной промышленной системы и в мире серьезного дефицита энергии и экономических проблем, делая жизнь намного менее травматичной и более пригодной для жизни. Зеленое волшебство от базовых концепций экологии до множества практических методов - это всеобъемлющее руководство для сегодняшнего мастера по обучению.

Открыть для получения дополнительной информации и / или для заказа этой книги.