เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันยังไม่ดีพอ อันโตนิโอการ์เซียใน Unsplash, FAL

ความต้องการไฟฟ้าราคาถูกและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมหมายความว่าภูมิทัศน์ของพลังงานมีการเปลี่ยนแปลงเร็วกว่าจุดอื่น ๆ ในประวัติศาสตร์ นี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะ ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ และ ที่เก็บแบตเตอรี่. ต้นทุนของทั้งสองลดลงในอัตราที่ไม่เคยมีมาก่อนในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาและเทคโนโลยีประหยัดพลังงานเช่น ไฟ LED ยังได้ขยายตัว

การเข้าถึงและจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ราคาถูกและแพร่หลายจะเปลี่ยนวิธีการผลิตและการใช้พลังงานของเราทำให้สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าในภาคขนส่งได้ มีศักยภาพสำหรับเศรษฐกิจที่ใช้สารเคมีใหม่ซึ่งเรา จัดเก็บพลังงานหมุนเวียนเป็นเชื้อเพลิงและรองรับอุปกรณ์ใหม่ที่สร้าง“อินเทอร์เน็ตของสิ่งที่"

แต่เทคโนโลยีพลังงานในปัจจุบันของเราจะไม่นำเราไปสู่อนาคตนี้อีกไม่นานเราจะถึงขีด จำกัด ด้านประสิทธิภาพและต้นทุน The ศักยภาพในการลดลงในอนาคต ตัวอย่างเช่นต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ซิลิคอนมี จำกัด การผลิตแผงแต่ละแผงต้องใช้พลังงานและโรงงานในปริมาณที่เหมาะสม ราคาแพงในการสร้าง. และแม้ว่าต้นทุนการผลิตจะลดลงอีกเล็กน้อย แต่ตอนนี้ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ ครอบงำโดยความพิเศษ - การติดตั้งเดินสายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอื่น ๆ

ซึ่งหมายความว่าระบบพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันไม่น่าจะเป็นไปตามข้อกำหนดด้านพลังงานทั่วโลก 30 TeraWatt (TW) ของเรา (ปัจจุบันผลิตได้น้อยกว่า 1 TW) เร็วพอ เพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆเช่นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ในทำนองเดียวกันเทคโนโลยีไฟ LED และจอแสดงผลปัจจุบันของเรามีราคาแพงเกินไปและมีคุณภาพสีไม่ดีพอที่จะแทนที่แสงแบบเดิมได้อย่างสมจริงในกรอบเวลาที่สั้นพอ นี่เป็นปัญหาเนื่องจากระบบไฟส่องสว่างในปัจจุบัน 5% การปล่อยก๊าซคาร์บอนของโลก จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีใหม่เพื่อเติมเต็มช่องว่างนี้และรวดเร็ว

เฮไลด์ perovskites

ห้องปฏิบัติการของเราในเคมบริดจ์ประเทศอังกฤษกำลังทำงานร่วมกับกลุ่มวัสดุใหม่ที่มีแนวโน้มที่เรียกว่า ลิด perovskites. เป็นสารกึ่งตัวนำซึ่งเป็นตัวนำประจุไฟฟ้าเมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสง หมึก Perovskite จะถูกฝากไว้บนแก้วหรือพลาสติกเพื่อสร้างฟิล์มที่บางมาก - ประมาณหนึ่งในร้อยของความกว้างของเส้นผมมนุษย์ซึ่งประกอบด้วยโลหะเฮไลด์และไอออนอินทรีย์ เมื่อประกบระหว่างหน้าสัมผัสอิเล็กโทรดฟิล์มเหล่านี้จะสร้างขึ้น เซลล์แสงอาทิตย์หรืออุปกรณ์ LED.

น่าประหลาดใจที่สีของแสงที่ดูดซับหรือเปล่งออกมาสามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายๆเพียงแค่ปรับโครงสร้างทางเคมีของมัน ด้วยการเปลี่ยนวิธีที่เราปลูกเราสามารถปรับแต่งให้เหมาะกับการดูดซับแสง (สำหรับแผงโซลาร์เซลล์) หรือการเปล่งแสง (สำหรับ LED) สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถสร้างเซลล์แสงอาทิตย์สีต่างๆและ LED ที่เปล่งแสงจากอุลตร้าไวโอเลตผ่านไปยังอินฟราเรดที่มองเห็นได้และใกล้

แม้จะมีการแปรรูปราคาถูกและหลากหลาย แต่วัสดุเหล่านี้ก็แสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพอย่างน่าทึ่งในฐานะทั้งเซลล์แสงอาทิตย์และตัวปล่อยแสง เซลล์แสงอาทิตย์ Perovskite โดน ประสิทธิภาพ 25.2% ในปี 2019ร้อนที่ส้นของเซลล์ซิลิคอนผลึกที่ 26.7% และ LED ของ perovskite อยู่แล้ว ใกล้เข้ามา การแสดงไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (OLED) นอกชั้นวาง

เทคโนโลยีเหล่านี้คือ กำลังทำการค้าอย่างรวดเร็วโดยเฉพาะแผงโซล่าเซลล์ด้านหน้า Oxford Photovoltaics ซึ่งตั้งอยู่ในสหราชอาณาจักรมี สร้างสายการผลิต และกำลังกรอกใบสั่งซื้อครั้งแรก ในช่วงต้น 2021. บริษัท Saule Technologies ของโปแลนด์เปิดตัวผลิตภัณฑ์ต้นแบบเมื่อปลายปี 2018 รวมถึงก นักบิน perovskite solar façade. Microquanta Semiconductor ผู้ผลิตจีนคาดว่าจะผลิตได้มากกว่า การ 200,000 ตารางเมตร จำนวนแผงในสายการผลิตก่อนสิ้นปี Swift Solar ซึ่งตั้งอยู่ในสหรัฐฯ (บริษัท ที่ฉันร่วมก่อตั้ง) กำลังบุกเบิก ประสิทธิภาพสูง เซลล์ที่มีคุณสมบัติน้ำหนักเบาและยืดหยุ่น

หมึกเปล่งแสงเพอรอฟสไคต์สีที่สามารถหล่อลงเป็นฟิล์มบาง ๆ © แสนดีป ปะทัก, ผู้เขียนให้ไว้

ระหว่าง เหล่านี้และ บริษัท อื่น ๆมีความคืบหน้าอย่างรวดเร็ว

หน้าต่างพลังงานแสงอาทิตย์และแผงแบบยืดหยุ่น

ซึ่งแตกต่างจากเซลล์ซิลิกอนทั่วไปซึ่งจำเป็นต้องมีความสม่ำเสมอมากเพื่อประสิทธิภาพสูงฟิล์ม perovskite ประกอบด้วย กระเบื้องโมเสค "ธัญพืช" ที่มีขนาดแปรผันสูง (ตั้งแต่นาโนเมตรไปจนถึงมิลลิเมตร) และเคมี - แต่พวกมันก็ทำหน้าที่ได้เกือบเท่ากับเซลล์ซิลิคอนที่ดีที่สุดในปัจจุบัน ยิ่งไปกว่านั้นรอยตำหนิเล็ก ๆ หรือ ข้อบกพร่อง ในฟิล์ม perovskite ไม่ได้นำไปสู่การสูญเสียพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ข้อบกพร่องดังกล่าวจะเป็นหายนะสำหรับแผงซิลิกอนหรือ LED เชิงพาณิชย์

แม้ว่าเราจะยังคงพยายามทำความเข้าใจสิ่งนี้อยู่ แต่วัสดุเหล่านี้กำลังบังคับให้ชุมชนต้องเขียนตำราใหม่สำหรับสิ่งที่เราคิดว่าเป็นเซมิคอนดักเตอร์ในอุดมคติ: พวกมันสามารถมีคุณสมบัติทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ที่ดีมากทั้งๆ อาจเป็นเพราะ - ความผิดปกติ.

เราสามารถใช้วัสดุเหล่านี้ในสมมุติฐานเพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์สี "นักออกแบบ" ที่กลมกลืนกับอาคารหรือบ้านหรือหน้าต่างพลังงานแสงอาทิตย์ที่ดูเหมือนกระจกย้อมสี อำนาจ.

แต่โอกาสที่แท้จริงคือการพัฒนาเซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงนอกเหนือจากประสิทธิภาพของเซลล์ซิลิกอน ตัวอย่างเช่นเราสามารถเลเยอร์ฟิล์มเพอรอฟสค์ที่ต่างกันสองสีเข้าด้วยกันในไฟล์ เซลล์แสงอาทิตย์แบบ“ ตีคู่”. แต่ละชั้นจะเก็บเกี่ยวบริเวณต่างๆของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของเซลล์

อีกตัวอย่างหนึ่งคือสิ่งที่ Oxford PV เป็นผู้บุกเบิก: การเพิ่มชั้น perovskite ที่ด้านบนของเซลล์ซิลิกอนมาตรฐานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเทคโนโลยีที่มีอยู่ โดยไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมที่สำคัญ. วิธีการแบ่งเลเยอร์ควบคู่เหล่านี้สามารถสร้างไฟล์ เพิ่มประสิทธิภาพ ของแผงโซลาร์เซลล์เกิน 30% ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนทั้งแผงและระบบในขณะเดียวกันก็ลด รอยเท้าพลังงาน.

ชั้น perovskite เหล่านี้ยังได้รับการพัฒนาเพื่อผลิตแผงโซลาร์เซลล์แบบยืดหยุ่นที่สามารถแปรรูปให้ม้วนเหมือนกระดาษหนังสือพิมพ์ได้อีกด้วย ลดต้นทุน. พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีน้ำหนักเบาและกำลังสูงยังเปิดโอกาสในการขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าและดาวเทียมสื่อสาร

เซลล์แสงอาทิตย์ต้นแบบ Perovskite แบบยืดหยุ่น Plamen Petkov สำหรับนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน

สำหรับไฟ LED perovskites สามารถบรรลุผลได้อย่างยอดเยี่ยม คุณภาพสี ซึ่งอาจนำไปสู่ขั้นสูง เทคโนโลยีการแสดงผลที่ยืดหยุ่น. Perovskites อาจให้ราคาถูกกว่าและมีคุณภาพสูงกว่า แสงสีขาว กว่า LED เชิงพาณิชย์ในปัจจุบันด้วย "อุณหภูมิสี" ของโลกที่สามารถผลิตได้เพื่อให้แสงสีขาวนวลหรืออบอุ่นหรือเฉดสีที่ต้องการในระหว่างนั้น พวกเขายังสร้างความตื่นเต้นเป็นส่วนประกอบสำหรับ คอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตเช่นเดียวกับ เครื่องตรวจจับ X-Ray สำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์และการรักษาความปลอดภัยในปริมาณต่ำมาก

แม้ว่าผลิตภัณฑ์แรก ๆ จะเกิดขึ้นแล้ว แต่ก็ยังมีความท้าทาย ปัญหาสำคัญประการหนึ่งคือการแสดงให้เห็น มั่นคงในระยะยาว. แต่การวิจัยมีแนวโน้มที่ดีและเมื่อได้รับการแก้ไขแล้ว halide perovskites สามารถขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงของการผลิตและการใช้พลังงานของเราได้อย่างแท้จริง

เกี่ยวกับผู้เขียน

Sam Stranks อาจารย์ด้านพลังงานและ Royal Society University Research Fellow, มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

การเบิกถอน: แผนที่ครอบคลุมมากที่สุดที่เคยเสนอเพื่อย้อนกลับภาวะโลกร้อน

โดย Paul Hawken และ Tom Steyer
เมื่อเผชิญกับความกลัวและความไม่แยแสอย่างกว้างขวางกลุ่มนักวิจัยผู้เชี่ยวชาญและนักวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศได้มารวมตัวกันเพื่อเสนอชุดโซลูชั่นที่สมจริงและเป็นตัวหนาสำหรับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ หนึ่งร้อยเทคนิคและวิธีปฏิบัติมีอธิบายไว้ที่นี่ - บางคนรู้จักกันดี บางอย่างที่คุณอาจไม่เคยได้ยิน พวกเขามีตั้งแต่พลังงานสะอาดไปจนถึงการให้ความรู้แก่เด็กผู้หญิงในประเทศที่มีรายได้ต่ำถึงแนวทางการใช้ที่ดินที่ดึงคาร์บอนออกจากอากาศ การแก้ปัญหาที่มีอยู่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและชุมชนทั่วโลกกำลังออกกฎหมายเหล่านี้ด้วยทักษะและความมุ่งมั่น วางจำหน่ายใน Amazon

การออกแบบโซลูชั่นภูมิอากาศ: คู่มือนโยบายสำหรับพลังงานคาร์บอนต่ำ

โดย Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
จากผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นกับเราแล้วความจำเป็นในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลกจึงเป็นเรื่องเร่งด่วน เป็นความท้าทายที่น่ากลัว แต่เทคโนโลยีและกลยุทธ์ที่จะตอบสนองมันมีอยู่ในปัจจุบัน นโยบายพลังงานชุดเล็ก ๆ ซึ่งได้รับการออกแบบและดำเนินการอย่างดีสามารถนำเราไปสู่อนาคตคาร์บอนต่ำได้ ระบบพลังงานมีขนาดใหญ่และซับซ้อนดังนั้นนโยบายพลังงานต้องเน้นและคุ้มค่า วิธีการขนาดเดียวที่เหมาะกับทุกคนจะไม่ทำให้งานสำเร็จลุล่วง ผู้กำหนดนโยบายต้องการทรัพยากรที่ชัดเจนและครอบคลุมซึ่งสรุปนโยบายด้านพลังงานที่จะมีผลกระทบมากที่สุดต่อสภาพภูมิอากาศในอนาคตของเราและอธิบายวิธีการออกแบบนโยบายเหล่านี้ให้ดี วางจำหน่ายใน Amazon

นี้ทุกอย่างเปลี่ยนแปลง: ทุนนิยมกับสภาพภูมิอากาศ

โดย Naomi Klein
In นี้ทุกอย่างเปลี่ยนแปลง นาโอมิไคลน์ให้เหตุผลว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศไม่ได้เป็นเพียงปัญหาอีกอย่างที่ต้องยื่นระหว่างภาษีและการดูแลสุขภาพ มันเป็นสัญญาณเตือนที่เรียกร้องให้เราแก้ไขระบบเศรษฐกิจที่ทำให้เราล้มเหลวในหลาย ๆ ด้าน ไคลน์อย่างพิถีพิถันสร้างกรณีสำหรับวิธีการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของเราอย่างหนาแน่นเป็นโอกาสที่ดีที่สุดของเราในการลดความไม่เท่าเทียมกันที่อ้าปากค้างพร้อมจินตนาการจินตนาการประชาธิปไตยที่แตกสลายของเราและสร้างเศรษฐกิจท้องถิ่นที่น่าเกรงขามของเรา เธอแสดงให้เห็นถึงความสิ้นคิดในเชิงอุดมการณ์ของผู้ปฏิเสธการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศความหลงผิดของศาสนพยากรณ์ที่จะเป็น geoengineers และความพ่ายแพ้อันน่าเศร้าของการริเริ่มสีเขียวที่สำคัญมากเกินไป และเธอแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าทำไมตลาดไม่ได้ - และไม่สามารถ - แก้ไขวิกฤติสภาพภูมิอากาศได้ แต่จะทำให้สิ่งต่าง ๆ แย่ลงด้วยวิธีการสกัดที่รุนแรงและเป็นอันตรายต่อระบบนิเวศมากขึ้นพร้อมกับระบบทุนนิยมจากภัยพิบัติอาละวาด วางจำหน่ายใน Amazon

จากสำนักพิมพ์:
การซื้อใน Amazon ไปเพื่อชดใช้ค่าใช้จ่ายในการนำคุณ InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, และ ClimateImpactNews.com ไม่มีค่าใช้จ่ายและไม่มีผู้โฆษณาที่ติดตามพฤติกรรมการท่องเว็บของคุณ แม้ว่าคุณจะคลิกที่ลิงค์ แต่อย่าซื้อผลิตภัณฑ์ที่เลือกเหล่านี้ แต่อย่างอื่นที่คุณซื้อในการเข้าชมครั้งเดียวกันบน Amazon จะจ่ายค่าคอมมิชชั่นให้เราเล็กน้อย ไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับคุณดังนั้นโปรดช่วยสนับสนุนด้วย นอกจากนี้คุณยังสามารถ ใช้ลิงค์นี้ ใช้กับ Amazon ได้ตลอดเวลาเพื่อให้คุณสามารถช่วยสนับสนุนความพยายามของเรา