Kampen mot klimatförändringarna kan ta fart, men det verkar som om kiselsolceller med grön energi når sina gränser.Det mest direkta sättet att göra omvandlingen just nu är med solpaneler, men det finns andra anledningar till att de är det stora hoppet om förnybar energi.
Deras nyckelkomponent, kisel, är det näst vanligaste ämnet på jorden efter syre.Eftersom paneler kan placeras där strömmen behövs – på hem, fabriker, kommersiella byggnader, fartyg, vägfordon – finns det mindre behov av att överföra kraft över landskap;och massproduktion betyder att solpaneler nu är så billiga att ekonomin med att använda dem blir obestridlig.
Enligt International Energy Agencys energiutsiktsrapport för 2020 producerar solpaneler på vissa platser den billigaste kommersiella elen i historien.
Till och med den traditionella insektsbjörnen "hur är det när det är mörkt eller molnigt?"blir mindre problematisk tack vare transformativa framsteg inom lagringsteknik.
Att röra sig bortom solenergins gränser
Om du förväntar dig ett "men", här är det: men kiselsolpaneler når de praktiska gränserna för sin effektivitet på grund av några ganska obekväma fysiklagar.Kommersiella kiselsolceller är nu bara cirka 20 procent effektiva (dock upp till 28 procent i labbmiljöer. Deras praktiska gräns är 30 procent, vilket innebär att de bara någonsin kan omvandla cirka en tredjedel av solens mottagna energi till elektricitet).
Ändå kommer en solpanel att producera många gånger mer utsläppsfri energi under sin livstid än vad som användes vid tillverkningen.
en solcell av kisel/perovskit
Perovskite: framtiden för förnybar energi
Liksom kisel är detta kristallina ämne fotoaktivt, vilket betyder att när det träffas av ljus, blir elektroner i dess struktur tillräckligt upphetsade för att bryta sig loss från sina atomer (denna frigöring av elektroner är grunden för all elproduktion, från batterier till kärnkraftverk) .Med tanke på att elektricitet är i kraft, en conga linje av elektroner, när de lösa elektronerna från kisel eller perovskit kanaliseras in i en tråd, är elektricitet resultatet.
Perovskite är en enkel blandning av saltlösningar som värms upp till mellan 100 och 200 grader för att fastställa dess fotoaktiva egenskaper.
Precis som bläck kan det skrivas ut på ytor och det är böjbart på ett sätt som styvt kisel inte är.Används i en tjocklek på upp till 500 gånger mindre än kisel, den är också superlätt och kan vara halvtransparent.Det betyder att den kan appliceras på alla typer av ytor som på telefoner och fönster.Den verkliga spänningen är dock kring perovskites energiproduktionspotential.
Att övervinna perovskites största utmaning – försämring
De första perovskite-enheterna 2009 omvandlade bara 3,8 procent av solljuset till elektricitet.År 2020 var effektiviteten 25,5 procent, nära kiselets labbrekord på 27,6 procent.Det finns en känsla av att dess effektivitet snart kan nå 30 procent.
Om du förväntar dig ett "men" om perovskite, ja, det finns ett par.En komponent i det kristallina perovskitgittret är bly.Mängden är liten, men blyets potentiella toxicitet betyder att det är ett övervägande.Det verkliga problemet är att oskyddad perovskit lätt bryts ned genom värme, fukt och fukt, till skillnad från silikonpaneler som rutinmässigt säljs med 25 års garanti.
Kisel är bättre på att hantera ljusvågor med låg energi, och perovskite fungerar bra med synligt ljus med högre energi.Perovskite kan också ställas in för att absorbera olika våglängder av ljus - rött, grönt, blått.Med noggrann inriktning av kisel och perovskit betyder detta att varje cell kommer att omvandla mer av ljusspektrumet till energi.
Siffrorna är imponerande: ett enda lager kan vara 33 procent effektivt;stapla två celler, det är 45 procent;tre lager skulle ge 51 procent effektivitet.Den här sortens siffror skulle, om de kan realiseras kommersiellt, revolutionera förnybar energi.
Posttid: 2021-aug-12