新しい太陽光および照明技術が再生可能エネルギーの変革を推進する方法

新しい太陽光および照明技術が再生可能エネルギーの変革を推進する方法
現在のソーラー技術は十分ではありません。
アンスプラッシュのアントニオ・ガルシア, FAL

より安価で環境にやさしい電気の需要は、エネルギー環境が歴史の他のどの時点よりも速く変化していることを意味します。 これは特に当てはまります 太陽光発電バッテリー収納。 両方のコストは過去XNUMX年間で前例のない速度で低下し、次のようなエネルギー効率の高いテクノロジー LED照明 も拡大しています。

安価でユビキタスな太陽光発電と貯蔵へのアクセスは、私たちが電力を生産および使用する方法を変革し、輸送部門の電化を可能にします。 化学に基づく新しい経済の可能性があります。 再生可能エネルギーを燃料として貯蔵する、および「モノのインターネット"。

しかし、私たちの現在のエネルギー技術は私たちをこの未来に導いてくれません。まもなく効率とコストの限界に達します。 の 将来の削減の可能性 たとえば、シリコンソーラーからの電力コストには限りがあります。 各パネルの製造にはかなりの量のエネルギーが必要であり、工場は 構築に費用がかかる。 そして、生産コストはもう少し絞ることができますが、ソーラー設備のコストは現在 エクストラが支配 –設置、配線、電子機器など。

これは、現在の太陽光発電システムが、30テラワット(TW)のグローバルな電力要件の必要な部分を満たしていないことを意味します(現在、1 TW未満しか生成しません)。 十分に速い 気候変動などの問題に対処する。

同様に、現在のLED照明およびディスプレイテクノロジーは高すぎるため、従来の照明を十分短い時間枠で現実的に置き換えるには色品質が十分ではありません。 これは問題です。現在、照明が原因です。 5% 世界の炭素排出量の。 このギャップを迅速に埋めるためには、新しいテクノロジーが必要です。

ハライドペロブスカイト

ケンブリッジの私たちの研究室、イギリスは、次のように知られている有望な新しい材料ファミリーを扱っています。 ハロゲン化ペロブスカイト。 それらは半導体であり、光で刺激されると電荷を伝導します。 ペロブスカイトインクをガラスまたはプラスチックに付着させて、金属、ハロゲン化物、および有機イオンからなる非常に薄いフィルム(人間の髪の毛の幅の約XNUMX分のXNUMX)を作成します。 電極接点の間に挟むと、これらのフィルムは 太陽電池またはLEDデバイス.

驚くべきことに、それらが吸収または放出する光の色は、それらの化学構造を調整するだけで変更できます。 それらを成長させる方法を変更することにより、光を吸収する(ソーラーパネルの場合)または光を放出する(LEDの場合)により適するように調整できます。 これにより、紫外から可視光および近赤外まで、さまざまな色の太陽電池やLEDを発光させることができます。

それらの安価で用途の広い処理にもかかわらず、これらの材料は太陽電池と発光体の両方として非常に効率的であることが示されています。 ペロブスカイト太陽電池がヒット 25.2年の効率は2019%、26.7%で結晶シリコンセルのかかとで熱く、ペロブスカイトLEDはすでに 接近する 既製の有機発光ダイオード(OLED)のパフォーマンス。

これらの技術は 急速に商品化されている、特に太陽電池の前面。 英国を拠点とするオックスフォード太陽光発電は 生産ラインを構築 最初の注文書を埋めています 早期2021で。 ポーランドの会社Saule Technologiesは、2018年末にプロトタイプ製品をリリースしました。 ペロブスカイトソーラーファサードパイロット。 中国のメーカーであるMicroquanta Semiconductorは、 200,000平方メートル 年末までの生産ラインにおけるパネルの数。 米国を拠点とするSwift Solar(私が共同設立した会社)は先駆的です ハイパフォーマンス 軽量で柔軟な特性を持つセル。

薄いフィルムにキャストダウンできる色付きペロブスカイト発光インク。薄いフィルムにキャストダウンできる色付きペロブスカイト発光インク。 ©Sandeep Pathak, 著者提供

の間に これらおよび他の会社、急速な進歩が見られます。

ソーラーウィンドウとフレキシブルパネル

高効率のために非常に均一である必要がある従来のシリコンセルとは異なり、ペロブスカイト膜は モザイク「穀物」 サイズが非常に可変(ナノメートルからミリメートル)であり、化学的性質を備えていますが、現在でも最高のシリコンセルとほぼ同じ性能を発揮します。 さらに、小さな傷や 欠陥 ペロブスカイトフィルムでは、大きな電力損失は発生しません。 このような欠陥は、シリコンパネルや商用LEDにとって致命的です。

私たちはまだこれを理解しようとしていますが、これらの資料はコミュニティに私たちが理想的な半導体と考えるもののために教科書を書き直すことを強いています:それらは-または おそらく-障害のため.

これらの材料を仮想的に使用して、建物や家に溶け込む「デザイナー」色の太陽電池、または色付きガラスのように見えてもまだ生成されるソーラーウィンドウを作成できます。 パワー.

しかし、本当の機会は、シリコンセルの効率を超えて非常に効率的なセルを開発することです。 たとえば、XNUMXつの異なる色のペロブスカイトフィルムを、 「タンデム」太陽電池。 各層は、太陽スペクトルの異なる領域を収穫し、セルの全体的な効率を高めます。

別の例は、オックスフォードPVが先駆者であるものです:標準のシリコンセルの上にペロブスカイト層を追加し、既存の技術の効率を高めます 大幅な追加費用なし。 これらのタンデムレイヤーアプローチは、 効率を高める 30%を超えるソーラーパネルの数は、パネルとシステムの両方のコストを削減すると同時に、 エネルギーフットプリント.

これらのペロブスカイト層は、新聞用紙のように丸めるように処理できる柔軟なソーラーパネルを製造するためにも開発されています。 コスト削減。 軽量で高出力の太陽光発電は、電気自動車や通信衛星への電力供給の可能性も広げます。

柔軟なペロブスカイトプロトタイプ太陽電池。柔軟なペロブスカイトプロトタイプ太陽電池。 Scientific Americanのプラメンペトコフ

LEDの場合、ペロブスカイトは素晴らしい 色の質 高度につながる可能性があります 柔軟なディスプレイ技術。 ペロブスカイトはより安く、より高い品質を与えることもできます 白い照明 今日の商用LEDよりも、地球の「色温度」を製造して、冷たいまたは暖かい白色光またはその間の任意の望ましい色合いを与えることができます。 彼らはまた、 将来の量子コンピューター、 と同様 X線検出器 非常に低線量の医療およびセキュリティイメージング用。

最初の製品はすでに登場していますが、まだ課題があります。 重要な問題のXNUMXつは、 長期的な安定性。 しかし、研究は有望であり、これらが解決されると、ハロゲン化物ペロブスカイトは私たちのエネルギー生産と消費の変革を本当に推進することができます。会話

著者について

サムストランクス、エネルギー王立協会の大学の研究員の講師、 ケンブリッジ大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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