kategorier: Utvalgte artikler » Interessante elektriske nyheter
Antall visninger: 24277
Kommentarer til artikkelen: 1
Perovskite solcellepaneler
Et stoff kjent for forskere i mer enn hundre år, bare i dag, på begynnelsen av XXI-tallet, viste det seg å være veldig lovende materiale for produksjon av billige og effektive solceller. Perovskite, eller kalsiumtitanat, ble først funnet i form av et mineral av den tyske geologen Gustav Rosa i Ural-fjellene i 1839, og ble oppkalt etter grev Lev Alekseevich Perovsky, en strålende statsmann og samler av mineraler, helten i den patriotiske krigen i 1812, viste seg å være den mest passende kandidaten for rollen til alternativet til silisium i produksjonen av solceller.
Inntil nylig ble kalsiumtitanat brukt som stoff bare som et dielektrikum for keramiske kondensatorer i flere lag. Og nå prøver de å bruke den til å bygge svært effektive solcellepaneler, siden det viste seg at dette materialet perfekt absorberer lys.
Vanlig, lang tradisjonell solcellepaneler ved en tykkelse på 180 mikron absorberer de så mye lys som perovskitt vil absorbere i en tykkelse på bare 1 mikron. Perovskite, akkurat som silisium, er en halvleder, og den overfører elektrisk ladning på samme måte under påvirkning av lys, men spekteret av lys konvertert til strøm i perovskite er bredere enn det for silisium.
Strukturen av det krystallinske stoffet av kalsiumtitanat er identisk med strukturen til perovskitt-mineralet, derfor er navnet det samme. Og det er dette stoffet som i dag er et av de ledende stedene i rangeringen av optimaliseringsveier for solenergi.
Saken er at silisiumbaserte solcellepaneler koster i gjennomsnitt 75 cent per 1 kW i dag, og perovskittbaserte solcellepaneler vil redusere kostnadene til 10-15 cent per 1 kW, det vil si perovskitt solteknologi på 5-7 ganger billigere enn silisium både i produksjon av batterier og i deres drift, og mengden produsert strøm er den samme.
Og dette til tross for at analytikere i energibransjen hevder at solenergi allerede blir til en kostnad på 50 øre per 1 kW, blir konkurransedyktig med fossilt brensel. Det vil si at overgangen til perovskite på global skala vil redusere kostnadene for strømproduksjon med flere ganger, mens produksjonsprosessen til selve panelene vil være veldig enkel.
Studier for å evaluere og forbedre effektiviteten til perovskittbaserte solceller gjennomføres i mange land: i Australia, Martin Green, i Sveits, Michael Gretzel, i USA, Henry Saint, Felix Deshler, Leaming Day og Korea, Sok Sang Il. Forskere sier med én stemme om den lave kostnaden og den høye effektiviteten til lovende teknologi.
Michael Gretzel hevder at effektiviteten hans på 15% lett kan økes til 25%, og billige solceller fra de tilgjengelige for øyeblikket ikke når 15%. For første gang, i 2009, da de bare snakket om mulighetene for å bruke perovskitt til solenergi, ble det oppnådd en effektivitet på 3,5%, og cellene var kortvarige, siden den flytende elektrolytten løste perovskitt, og så snart forskere hadde tid til å måle, sluttet batteriet å virke.
Etter tre år ble imidlertid den flytende elektrolytten erstattet av en fast en, og cellene ble mer stabile, og effektiviteten ble først doblet og deretter doblet igjen. Flere elektrisk ledende underlagslag, hvorav det ene var pigmentert, løste problemet og åpnet for utsiktene. Trinn for å forbedre effektiviteten stopper ikke frem til i dag, forskere bruker blant annet standard optimaliseringsmetoder som tjente til å forbedre forløpere av silisium.
Michael Gretzel er sikker på at 25% effektivitet vil føre til en revolusjon innen solenergi.En professor fra Australia, Martin Green, en av pionerene innen forskning, hevder at silisiumfrie batterier er så enkle å produsere og effektive å betjene at det absolutt er tillit til at fremtiden til solcellepaneler på Perovskite er lys, fordi foreløpige estimater allerede spår en enorm prisreduksjon - på 7 tid.
En gruppe forskere fra Korea, ledet av Sok Sang Il, utviklet sin egen formel ved å blande blyammoniumbromid med blyformamidinjodid, forskere oppnådde en slik perovskittstruktur at de satte en rekordeffektivitet på 17,9%. Å bruke blandingen vil tillate utskrift av solceller, og kostnadene vil reduseres ytterligere. Problemet gjenstår - materialet løses opp i vann, i tillegg oversteg ikke størrelsen på cellene i testene 10 kvadrat mm, så forskningen fortsetter.
Prosessen med å produsere perovskitt solceller synes forskerne ganske enkel. Væsken sprøytes ganske enkelt på overflaten eller påføres i form av damp, noe som er veldig enkelt å implementere teknologisk. Flere lag av materialer påføres metallfolie eller glass, hvorav det ene er perovskitt.
Her trengs det andre materialer for å lette bevegelsen av elektroner i elementet. Produksjonsprosessen er nær ideell. Oxford University-fysiker Henry Saint, som jobber med å utvikle perovskitteceller i USA, er sikker på at lag av solcellepanelet vil bli brukt like enkelt som med en vanlig maling på en overflate.
Til tross for de fremtidige utsiktene, var forskere delt inn i to leire. Den tidligere talsmann for forbedring av silisiumbatterier som allerede har blitt tradisjonelle, mens de andre tar til orde for å lage helt nye, mer effektive. Så Martin Green mener at perovskitt kan brukes som et tillegg til silisiumbatterier ved å kombinere silisium med perovskitt, og dermed redusere kostnadene for en watt strøm produsert uten vesentlige tap for silisiumindustrien. Michael Gretzel er tvert imot overbevist om at ny utvikling er viktig, og kostnadene for å øke effektiviteten til nye fotoceller vil lønne seg mange ganger.
Mange selskaper jobber allerede med kommersiell implementering av produktet, fordi til tross for at mulighetene for perovskite bare begynner å bli realisert, har ledende eksperter innen solenergi allerede vendt oppmerksomheten mot fremtiden. Australske og tyrkiske selskaper nærmet seg aktivt kommersialiseringen av perovskite solcellepaneler, og i følge prognoser vil de innen 2018 bli presentert på verdensmarkedet.
Til tross for optimismen fra noen selskaper, viser erfaringen at det vanligvis tar ti år før en ny teknologi går fra laboratoriet til markedet, og i løpet av denne tiden kan det hende at silisiumbatterier overtar perovskite. Gretzel selger forresten en lisens for ny teknologi til selskaper som har til hensikt å følge den tradisjonelle måten silisium på.
Konkurransen i solenergimarkedet er også høy, og hver nye aktør blir møtt med den. Kostnadene for silisiumpaneler reduseres, og ifølge noen analytikere kan den falle til 25 øre per 1 kW, noe som fullstendig fratar fordelene med perovskite-teknologi.
Tilstedeværelsen av en liten mengde bly i pigmentet, som er giftig, er fortsatt et problem. Eksperimentelle studier kommer opp som vil avdekke hvor giftig perovskitt er. Det er verdt å være oppmerksom på avhending av brukte batterier, som tilfellet er med startbilbatterier. Men i prinsippet kan tinn eller noe lignende brukes i stedet for bly.
I mellomtiden satte forskere fra Ohio, ledet av Leaming Dai, om å elektrifisere elbiler ved hjelp av perovskitt solcellepaneler. De utviklet den mest fordelaktige kombinasjonen av solcellepaneler med elbilbatterier enn noen gang før.
Ved å koble fire perovskittbatterier til et litiumbatteri oppnådde forskere en effektivitet på 7,8% i den mest effektive konfigurasjonen til dags dato, som overgikk tidligere løsninger for å kombinere solceller med superkapasitorer og batterier.
Flerlags paneler har økt tettheten og stabiliteten til energi mottatt fra solen. Tester har vist at tre lag perovskitt omdannes, om ønskelig, til en film. Med et encellet areal på ikke mer enn 10 kvadrat mm oppnådde forskerne en effektivitet på 12,65% av en myntstørrelsesomformer, men med hensyn til konvertering og lagring av energi var effektiviteten 7,8% i syklisk modus.
Slike systemer vil ifølge utviklerne i fremtiden ikke bare kunne lade elbiler, men vil også bli installert i form av en fleksibel film på karosserier. Teknologien virker ideell for elektriske biler.
Bemerkelsesverdig er evnen til perovskitt til gjenemisjon. En vitenskapsmann ved University of Cambridge, Felix Deschler, oppdaget at perovskite har en unik eiendom. Når lys kommer inn i materialet, konverteres ikke fotonenergien bare til strøm, en del av ladningen konverteres tilbake til fotoner.
Hvis panelet kan gjenbruke disse fotonene, vil den innsamlede energien bli enda større. Deshlers gruppe utførte et eksperiment der laserstrålen ble konsentrert på en 0,5 mikron tykk perovskitt-seksjon, og lys ble gitt ut igjen andre steder i prøven. Silisium har for eksempel ikke evnen til å overføre energi i seg selv og igjen avgi den.
Dermed er utsiktene for perovskite enorme, og hvem vet, det kan være omtrent den tiden da hvert hus og hver bil blir utstyrt med perovskittbatterier, siden det vil bli økonomisk ulønnsomt og ikke tilrådelig å forurense miljøet med forbrenningsprodukter med fossilt brensel.
Se også på elektrohomepro.com
: