فن آوری های خورشیدی فعلی به اندازه کافی خوب نیستند. آنتونیو گارسیا در برنامه Unsplash, فال

تقاضا برای برق ارزان تر و سبز به این معنی است که چشم انداز انرژی با سرعتی بیشتر از هر نقطه دیگر در تاریخ در حال تغییر است. این به ویژه در مورد برق خورشیدی و ذخیره باتری. هزینه هر دو در دهه گذشته با نرخ های بی سابقه ای کاهش یافته است و فناوری های با مصرف انرژی مانند LED روشنایی نیز گسترش یافته است.

دسترسی به انرژی و ذخیره انرژی خورشیدی ارزان و همه جا ، نحوه تولید و استفاده از انرژی را دگرگون می کند و امکان برق رسانی به بخش حمل و نقل را فراهم می کند. پتانسیلی برای اقتصاد مبتنی بر مواد شیمیایی جدید وجود دارد که در آن ما هستیم انرژی های تجدید پذیر را به عنوان سوخت ذخیره کنید، و از دستگاه های جدیدی که "اینترنت از چیزهایی که".

اما فناوری های فعلی انرژی ما را به این آینده نمی رساند: ما به زودی به محدودیت های کارایی و هزینه خواهیم رسید. بالقوه برای کاهش در آینده به عنوان مثال ، در هزینه برق از سیلیکون خورشیدی محدود است. ساخت هر پانل انرژی و کارخانه های زیادی را می طلبد گران ساختن. و اگرچه می توان هزینه تولید را کمی بیشتر تحت فشار قرار داد ، اکنون هزینه های نصب خورشیدی است موارد اضافی تحت سلطه قرار می گیرند - نصب ، سیم کشی ، الکترونیک و غیره.

این بدان معناست که سیستمهای فعلی انرژی خورشیدی بعید است کسر مورد نیاز 30 TeraWatt (TW) انرژی مورد نیاز جهانی ما را برآورده کنند (امروزه کمتر از 1 TW تولید می کنند) به اندازه کافی سریع برای پرداختن به موضوعاتی مانند تغییر اقلیم.

به همین ترتیب ، فناوری های روشنایی و نمایشگر LED فعلی ما بسیار گران هستند و از کیفیت رنگ کافی کافی برخوردار نیستند تا بتوانند واقعاً در یک بازه زمانی کوتاه جایگزین روشنایی سنتی شوند. این یک مشکل است ، زیرا روشنایی در حال حاضر به حساب می آید 5% از انتشار کربن در جهان است. برای پر کردن این خلا gap و به سرعت به فناوری های جدید نیاز است.

پروسکیت های هالید

آزمایشگاه ما در کمبریج، انگلیس ، در حال کار با یک خانواده جدید از مواد امیدوار کننده است پروسکیت هالید. آنها نیمه هادی هستند و هنگامی که با نور تحریک می شوند ، بار را حمل می کنند. جوهرهای پروسکایت روی شیشه یا پلاستیک رسوب می کنند تا فیلم های بسیار نازکی - تقریباً یک صدم عرض موی انسان - ساخته شده از یون های فلزی ، هالید و آلی ایجاد کنند. وقتی این فیلم ها بین تماس الکترود قرار می گیرند ، ایجاد می شوند دستگاه های خورشیدی یا سلول خورشیدی.

به طرز شگفت انگیزی ، رنگ نور جذب شده یا ساطع شده می تواند به سادگی و با تغییر ساختار شیمیایی آنها تغییر کند. با تغییر در روش رشد آنها ، می توانیم آنها را متناسب با جذب نور (برای صفحه خورشیدی) یا تابش نور (برای LED) تنظیم کنیم. این به ما امکان می دهد سلول های خورشیدی و LED های مختلفی را که از ماوراlet بنفش نور ساطع می کنند ، از طریق اشعه ماوراred بنفش قابل مشاهده و نزدیک مادون قرمز ، تولید کنیم.

با وجود پردازش ارزان و همه کاره ، نشان داده شده است که این مواد هم به عنوان سلول خورشیدی و هم به عنوان گاز ساطع کننده نور بسیار کارآمد هستند. سلولهای خورشیدی پروسکایت برخورد می کنند 25.2٪ بهره وری در سال 2019، داغ روی پاشنه سلولهای سیلیکون کریستالی با 26.7٪ ، و LED های پروسکایت در حال حاضر نزدیک شدن عملکردهای دیود ساطع کننده نور (OLED) خارج از قفسه.

این فن آوری ها هستند به سرعت در حال تجاری شدن است، به ویژه در جبهه سلول خورشیدی. فوتوولتائیک آکسفورد مستقر در انگلیس دارای یک خط تولید ساخته است و در حال پر کردن اولین سفارشات خرید خود است در اوایل 2021. شرکت لهستانی Saule Technologies در پایان سال 2018 نمونه های اولیه خود را منتشر کرد ، از جمله خلبان نمای خورشیدی پروسکایت. تولید کننده چینی Microquanta Semiconductor انتظار دارد بیش از تولید کند 200,000 متر مربع پانل ها در خط تولید خود قبل از پایان سال است. Swift Solar مستقر در آمریکا (شرکتی که من در آن تاسیس کردم) پیشگام است عملکرد بالا سلول هایی با ویژگی های سبک و انعطاف پذیر.

جوهرهای ساطع کننده نور پروسکیت رنگی که می توانند به لایه های نازک تبدیل شوند. © سندیپ پاتاک, نویسنده ارائه

میان این و سایر شرکت ها، پیشرفت سریعی در حال انجام است.

پنجره های خورشیدی و پانل های انعطاف پذیر

بر خلاف سلولهای سیلیکونی معمولی ، که برای کارایی بالا باید بسیار یکنواخت باشند ، فیلمهای پروسکایت تشکیل شده اند موزاییک "دانه" از اندازه بسیار متغیر (از نانو متر تا میلی متر) و شیمی - و با این حال آنها تقریباً به بهترین سلولهای سیلیکونی امروز عمل می کنند. چه بیشتر ، لکه های کوچک یا نقص در فیلم های پروسکایت منجر به اتلاف قدرت قابل توجهی نمی شود. چنین نقص هایی برای یک صفحه سیلیکونی یا یک LED تجاری فاجعه بار خواهد بود.

اگرچه ما هنوز در تلاش برای درک این موضوع هستیم ، اما این مطالب جامعه را مجبور می کند تا کتاب را برای آنچه نیمه هادی ایده آل در نظر می گیریم ، بازنویسی کند: آنها علی رغم - یا می توانند از ویژگی های نوری و الکترونیکی بسیار خوبی برخوردار باشند. شاید حتی به دلیل - بی نظمی.

ما می توانیم به طور فرضی از این مواد برای ساخت سلولهای خورشیدی رنگی "طراح" استفاده كنیم كه با ساختمانها یا خانه ها مخلوط می شوند ، یا پنجره های خورشیدی كه مانند شیشه های رنگی هنوز تولید می شوند قدرت.

اما فرصت واقعی توسعه سلولهای بسیار کارآمد فراتر از بازده سلولهای سیلیکونی است. به عنوان مثال ، ما می توانیم دو فیلم پروسکیت رنگی مختلف را در یک لایه قرار دهیم سلول خورشیدی "پشت سر هم". هر لایه مناطق مختلف طیف خورشیدی را برداشت می کند و باعث افزایش کارایی سلول می شود.

مثال دیگر این است که PV آکسفورد پیشگام است: افزودن یک لایه پروسکیت در بالای یک سلول سیلیکونی استاندارد ، افزایش بهره وری از فن آوری موجود بدون هزینه اضافی قابل توجه. این رویکردهای لایه بندی پشت سر هم می توانند به سرعت ایجاد کنند افزایش در کارایی پانل های خورشیدی فراتر از 30٪ ، که هم هزینه پنل و هم سیستم را کاهش می دهد در حالی که هزینه آنها را نیز کاهش می دهد رد پای انرژی.

این لایه های پروسکایت همچنین در حال تولید صفحات خورشیدی انعطاف پذیر هستند که می توانند مانند کاغذ روزنامه رول شوند کاهش هزینه ها. همچنین خورشیدی سبک و با قدرت بالا امکاناتی را برای تأمین انرژی وسایل نقلیه الکتریکی و ماهواره های ارتباطی فراهم می کند.

نمونه اولیه خورشیدی پروسکایت انعطاف پذیر. پلامن پتکوف برای Scientific American

برای LED ها ، پروسکایت ها می توانند فوق العاده باشند کیفیت رنگ که می تواند منجر به پیشرفت شود فن آوری های صفحه نمایش انعطاف پذیر. پروسکایت ها همچنین می توانند کیفیت پایین تر و ارزان تری داشته باشند نور سفید از LED های تجاری امروزی ، با "دمای رنگ" کره زمین می توان تولید کرد تا نور سفید سرد یا گرم یا هر سایه دلخواه را در بین آنها ایجاد کند. آنها همچنین به عنوان عناصر سازنده هیجان ایجاد می کنند کامپیوترهای کوانتومی آینده، و همچنین ردیاب های اشعه ایکس برای تصویربرداری پزشکی و امنیتی با دوز بسیار کم.

اگرچه اولین محصولات در حال ظهور هستند ، اما هنوز چالش هایی وجود دارد. یک مسئله اصلی نشان دادن است ثبات دراز مدت. اما تحقیقات امیدوارکننده است و پس از حل این مشکلات ، هالید پروسکیت ها می توانند تحول در تولید و مصرف انرژی ما را تحریک کنند.

درباره نویسنده

سام استرانکس ، مدرس پژوهشگر دانشگاه انرژی و سلطنتی ، دانشگاه کمبریج

این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.

کتاب های مرتبط

رها کردن: برنامه جامع تر که تا کنون پیشنهاد معکوس گرم شدن جهانی شده است

توسط پل هاوک و تام استایر
در برابر ترس و بی تفاوتی گسترده، یک ائتلاف بین المللی محققان، متخصصان و دانشمندان برای جمع آوری راهکارهای واقع بینانه و جسورانه برای تغییرات آب و هوایی آماده شده است. صد روش و شیوه در اینجا توضیح داده شده است. برخی از آنها به خوبی شناخته شده اند. برخی از شما ممکن است هرگز از آن شنیده نشده است. آنها از انرژی پاک به آموزش دادن دختران در کشورهای با درآمد پایین به شیوه های استفاده از زمین است که کربن را خارج از هوا می کند. راه حل های موجود، از لحاظ اقتصادی قابل اجرا هستند، و جوامع در سراسر جهان در حال حاضر آنها را با مهارت و عزم را در اختیار دارد. موجود در آمازون

طراحی راه حل های آب و هوایی: راهنمای سیاستی برای انرژی کم کربن

توسط هال هاروی، رابی اورویس، جفری ریسمن
با توجه به تأثیرات تغییرات اقلیمی بر ما ، نیاز به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای جهانی چیزی فوری نیست. این یک چالش دلهره آور است ، اما فناوری ها و استراتژی های پاسخگویی به آن امروز وجود دارد. مجموعه کوچکی از سیاست های انرژی ، به خوبی طراحی و اجرا شده ، می تواند ما را در مسیر آینده با کربن کم قرار دهد. سیستم های انرژی بزرگ و پیچیده هستند ، بنابراین سیاست انرژی باید متمرکز و مقرون به صرفه باشد. رویکردهای متناسب با همه کارها به سادگی کار را به پایان نمی رسانند. سیاست گذاران به یک منبع جامع و واضح نیاز دارند که سیاست های انرژی را که بیشترین تأثیر را در آینده آب و هوایی ما دارند ، به طور خلاصه بیان کند و نحوه طراحی مناسب این سیاست ها را شرح دهد. موجود در آمازون

این همه چیز تغییر: سرمایه داری در مقابل آب و هوا

توسط Naomi Klein
In این همه چیز تغییر نائومی کلین استدلال می کند که تغییر آب و هوا تنها مسئله دیگری نیست که به طور منظم بین مالیات و مراقبت های بهداشتی ثبت شود. این یک زنگ خطر است که ما را به رفع یک سیستم اقتصادی است که در حال حاضر ما را از بسیاری جهات شکست. کلاین دقیقا برای اینکه چگونه میزان انتشار گازهای گلخانه ای خود را به طور عظیم کاهش می دهد، ما بهترین فرصت را برای کاهش همزمان نابرابری های خفیف، دوباره تصور دموکراسی های شکسته ما و بازسازی اقتصادهای محلی خود داریم. او در معرض نومیدی ایدئولوژیک از انکار کنندگان تغییرات اقلیمی، خطاهای مسیحیت مهندسان ژئواستراتژیک آینده و ناکامی غم انگیز بسیاری از طرح های اصلی جریان سبز قرار می گیرد. و او به طور دقیق نشان می دهد که چرا بازار بازار بحران آب و هوایی را نداشته و نمی تواند آن را حل کند، بلکه بدتر از همه با بدتر شدن روش های استخراج سنگین و اکولوژیکی، همراه با سرمایه داری فاجعه بار است. موجود در آمازون

از ناشر:
خرید در آمازون برای هزینۀ آوردن شما هزینه می کند InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, و ClimateImpactNews.com بدون هزینه و بدون تبلیغاتی که عادت مرور شما را دنبال می کنند. حتی اگر روی یک لینک کلیک کنید اما این محصولات انتخابی را خریداری نکنید، هر چیزی که شما در همان بازدید از آمازون خریداری می کنید، یک کمیسیون را به ما می دهد. هیچ هزینه اضافی برای شما وجود ندارد، پس لطفا در تلاش باشید. شما همچنین می توانید از این لینک استفاده کنید برای استفاده از آمازون در هر زمان، بنابراین می توانید به حمایت از تلاش های ما کمک کنید.