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.

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

Рынок InnerSelf

Амазонка

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

Следуйте за InnerSelf

значок facebookзначок Twitterзначок YouTubeзначок Instagramпиктограммазначок rss

 Получить последнее по электронной почте

Еженедельный Журнал Ежедневно Вдохновение

Последние видео

Великая миграция климата началась
Великая миграция климата началась
by Супер Пользователь
Климатический кризис вынуждает тысячи людей по всему миру бежать, поскольку их дома становятся все более непригодными для жилья.
Последний ледниковый период говорит нам, почему мы должны заботиться об изменении температуры на 2 ℃
Последний ледниковый период говорит нам, почему мы должны заботиться об изменении температуры на 2 ℃
by Алан Н. Уильямс и др.
В последнем докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) говорится, что без существенного снижения…
Земля оставалась пригодной для проживания миллиарды лет - насколько нам повезло?
Земля оставалась пригодной для проживания миллиарды лет - насколько нам повезло?
by Тоби Тиррелл
Эволюции потребовалось 3-4 миллиарда лет, чтобы произвести Homo sapiens. Если бы климат хоть раз в этом ...
Как картографирование погоды 12,000 лет назад может помочь предсказать будущее изменение климата
Как картографирование погоды 12,000 лет назад может помочь предсказать будущее изменение климата
by Брайс Ри
Конец последнего ледникового периода, около 12,000 лет назад, характеризовался заключительной холодной фазой, называемой младшим дриасом.
В этом столетии Каспийское море может упасть на 9 метров или более
В этом столетии Каспийское море может упасть на 9 метров или более
by Франк Весселинг и Маттео Латтуада
Представьте, что вы находитесь на берегу и смотрите на море. Перед вами 100 метров бесплодного песка, который выглядит как…
Венера когда-то была больше похожа на Землю, но изменение климата сделало ее непригодной для проживания
Венера когда-то была больше похожа на Землю, но изменение климата сделало ее непригодной для проживания
by Ричард Эрнст
Мы можем многое узнать об изменении климата с Венеры, нашей сестринской планеты. В настоящее время температура поверхности Венеры составляет…
Пять недоверие к климату: ускоренный курс дезинформации о климате
Пять недоверие к климату: ускоренный курс дезинформации о климате
by Джон Кук
Это видео представляет собой ускоренный курс дезинформации о климате, в котором резюмируются ключевые аргументы, используемые для того, чтобы поставить под сомнение реальность ...
Арктика не была такой теплой уже 3 миллиона лет, и это означает большие перемены для планеты
Арктика не была такой теплой уже 3 миллиона лет, и это означает большие перемены для планеты
by Джули Бригам-Гретт и Стив Петч
Ежегодно в середине сентября морской ледяной покров в Северном Ледовитом океане сжимается до минимума. В этом году он составляет всего 1.44…

ПОСЛЕДНИЕ СТАТЬИ

зеленая энергия2 3
Четыре возможности использования зеленого водорода для Среднего Запада
by Кристиан Тэ
Чтобы предотвратить климатический кризис, Среднему Западу, как и остальной части страны, необходимо будет полностью обезуглерожить свою экономику путем…
ug83qrfw
Основное препятствие для реагирования на спрос должно быть устранено
by Джон Мур, На Земле
Если федеральные регулирующие органы поступят правильно, потребители электроэнергии на Среднем Западе вскоре смогут зарабатывать деньги, в то время как…
деревья для посадки для климата2
Посадите эти деревья, чтобы улучшить жизнь в городе
by Майк Уильямс-Райс
Новое исследование утверждает, что живые дубы и американские платаны чемпионы среди 17 «супер-деревьев», которые помогут сделать города…
дно северного моря
Почему мы должны понимать геологию морского дна, чтобы справляться с ветрами
by Наташа Барлоу, доцент кафедры четвертичных экологических изменений, Университет Лидса
Для любой страны, имеющей легкий доступ к мелководному и ветреному Северному морю, морской ветер будет ключом к встрече с сетью ...
3 урока лесных пожаров для лесных городов, когда Дикси Файер разрушает исторический Гринвилл, Калифорния
3 урока лесных пожаров для лесных городов, когда Дикси Файер разрушает исторический Гринвилл, Калифорния
by Барт Джонсон, профессор ландшафтной архитектуры, Орегонский университет
Пожар, пылающий в жарком, сухом горном лесу, прокатился по городу Золотой лихорадки в Гринвилле, штат Калифорния, 4 августа…
Китай может достичь целей в области энергетики и климата, ограничив угольную мощь
Китай может достичь целей в области энергетики и климата, ограничив угольную мощь
by Элвин Лин
На апрельском саммите лидера по климату Си Цзиньпин пообещал, что Китай будет «строго контролировать угольную энергетику ...
Голубая вода в окружении мертвой белой травы
Карта отслеживает 30 лет сильного таяния снегов в США
by Микайла Мейс-Аризона
Новая карта экстремальных снеготаяний за последние 30 лет проясняет процессы, которые вызывают быстрое таяние.
Самолет сбрасывает красный огнезащитный состав на лесной пожар, когда пожарные, припаркованные вдоль дороги, смотрят в оранжевое небо.
Модель предсказывает 10-летнюю вспышку лесных пожаров, а затем постепенное снижение
by Ханна Хики-Ю. Вашингтон
Взгляд на долгосрочное будущее лесных пожаров предсказывает начальную примерно десятилетнюю вспышку лесных пожаров,…

 Получить последнее по электронной почте

Еженедельный Журнал Ежедневно Вдохновение

Новое отношение - новые возможности

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