新的太陽能和照明技術如何推動可再生能源轉型

新的太陽能和照明技術如何推動可再生能源轉型
當前的太陽能技術還不夠好。
安東尼奧·加西亞(Antonio Garcia), FAL

對更便宜,更環保的電力的需求意味著能源格局的變化比歷史上任何其他時刻都快。 尤其如此 太陽能電力 亦於 電池儲存。 在過去十年中,兩者的成本都以前所未有的速度下降,而諸如 LED照明 也擴大了。

廉價,無處不在的太陽能和儲能的使用將改變我們生產和使用電力的方式,從而使運輸部門電氣化。 在新的基於化學的經濟中,我們有潛力 儲存可再生能源作為燃料,並支持構成“物聯網“。

但是,我們當前的能源技術不會引領我們走向未來:我們將很快達到效率和成本的極限。 的 未來減排的潛力 例如,來自矽太陽能的電力成本受到限制。 每個面板的製造需要大量的能源,工廠 建造昂貴。 儘管可以進一步降低生產成本,但現在太陽能裝置的成本已經降低 由臨時演員主導 –安裝,接線,電子設備等。

這意味著當前的太陽能發電系統不太可能滿足我們30兆瓦(TW)全球電力需求的要求部分(今天的發電量不到1 TW) 足夠快 解決諸如氣候變化等問題。

同樣,我們當前的LED照明和顯示技術過於昂貴,並且色彩質量不足,無法在足夠短的時間內實際替代傳統照明。 這是一個問題,因為照明目前佔 5% 世界的碳排放量。 需要新技術來迅速填補這一空白。

鹵化物鈣鈦礦

我們在劍橋的實驗室,英國正在與一個有前途的新材料家族合作,稱為 鹵化物鈣鈦礦。 它們是半導體,在受到光刺激時會傳導電荷。 鈣鈦礦墨水沉積在玻璃或塑料上,以形成由金屬,鹵化物和有機離子組成的極薄的薄膜-大約是人類頭髮寬度的百分之一。 當夾在電極觸點之間時,這些薄膜會形成 太陽能電池或LED設備.

令人驚訝的是,只需調整其化學結構,即可改變它們吸收或發出的光的顏色。 通過改變它們的生長方式,我們可以定制它們以使其更適合吸收光(用於太陽能電池板)或發光(用於LED)。 這使我們能夠製造出不同顏色的太陽能電池和LED,它們從紫外光一直發射到可見光和近紅外光。

儘管加工便宜且用途廣泛,但這些材料已被證明在太陽能電池和發光器方面都非常有效。 鈣鈦礦太陽能電池命中 25.2年的效率為2019%,緊隨其後的是晶體矽電池的26.7%和鈣鈦礦LED 接近 現成的有機發光二極管(OLED)性能。

這些技術是 迅速商業化,尤其是在太陽能電池的正面。 總部位於英國的牛津光伏 建了一條生產線 並正在填寫其第一個採購訂單 早在2021。 波蘭公司Saule Technologies於2018年底發布了原型產品,其中包括 鈣鈦礦太陽能立面飛行員。 中國製造商Microquanta Semiconductor期望生產更多 200,000平方米 年底前在其生產線中安裝面板。 美國的Swift Solar(我與他人共同創立)是開拓者 高性能 電池具有輕巧,靈活的特性。

彩色鈣鈦礦發光油墨,可以鑄成薄膜。彩色鈣鈦礦發光油墨,可以鑄成薄膜。 ©Sandeep Pathak, 作者提供

之間 這些和其他公司,正在迅速發展。

太陽能窗戶和柔性面板

不同於常規矽電池,為了獲得高效率,矽電池必須非常均勻,鈣鈦礦薄膜由 馬賽克“顆粒” 具有高度可變的尺寸(從納米到毫米)和化學性質-但它們的性能幾乎與當今最好的矽電池一樣好。 此外,小瑕疵或 缺陷 在鈣鈦礦膜中不會導致明顯的功率損耗。 這樣的缺陷對於矽面板或商用LED將是災難性的。

儘管我們仍在試圖理解這一點,但是這些材料迫使社區重新編寫關於我們認為是理想的半導體的教科書:儘管–或– 也許甚至是因為–混亂.

假設我們可以使用這些材料製作“設計師”彩色太陽能電池,這些太陽能電池可以與建築物或房屋融為一體,或者看起來像有色玻璃但又會 功率.

但是真正的機會是開發超越矽電池效率的高效電池。 例如,我們可以將兩種不同顏色的鈣鈦礦薄膜層在一起 “串聯”太陽能電池。 每層將收穫太陽光譜的不同區域,從而提高電池的整體效率。

另一個例子是牛津光伏公司的先驅:在標準矽電池的頂部添加鈣鈦礦層,從而提高現有技術的效率 無需大量額外費用。 這些串聯分層方法可以快速創建一個 提高效率 超過30%的太陽能電池板,這將減少電池板和系統的成本,同時也減少了 能源足跡.

這些鈣鈦礦層也正在開發中,以製造可像新聞紙一樣捲成捲狀的柔性太陽能電池板。 降低成本。 輕巧的高功率太陽能也為電動汽車和通信衛星提供了動力。

柔性鈣鈦礦原型太陽能電池。柔性鈣鈦礦原型太陽能電池。 Plamen Petkov for《科學美國人》

對於LED,鈣鈦礦可以實現出色的性能 顏色質量 這可能導致高級 柔性顯示技術。 鈣鈦礦還可以提供更便宜,更高質量的產品 白色照明 與當今的商用LED相比,能夠製造出能夠發出冷或暖白光或介於兩者之間的任何所需陰影的地球儀“色溫”。 他們還為建立基礎而產生了興奮 未來的量子計算機,以及 X射線探測器 用於極低劑量的醫學和安全成像。

儘管首批產品已經出現,但仍然存在挑戰。 一個關鍵問題是展示 長期穩定性。 但是這項研究是有前途的,一旦解決了這些問題,鹵化物鈣鈦礦就可以真正推動我們能源生產和消費的轉型。談話

關於作者

Sam Stranks,能源與皇家學會大學研究員, 劍橋大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

相關書籍

縮編:有望提出的扭轉全球變暖的最全面計劃

保羅霍肯和湯姆斯蒂爾
9780143130444面對廣泛的恐懼和冷漠,一個由研究人員,專業人士和科學家組成的國際聯盟聚集在一起,為氣候變化提供一套切合實際的大膽解決方案。 這裡描述了100種技術和實踐 - 一些是眾所周知的; 一些你可能從未聽說過的。 它們包括清潔能源,教育低收入國家的女孩,以及將碳排出空氣的土地使用做法。 存在的解決方案在經濟上是可行的,並且全世界的社區目前正在以技巧和決心製定它們。 適用於亞馬遜

設計氣候解決方案:低碳能源政策指南

Hal Harvey,Robbie Orvis,Jeffrey Rissman
1610919564鑑於氣候變化已經對我們造成影響,減少全球溫室氣體排放量的迫切需要。 這是一個艱鉅的挑戰,但是當今存在應對挑戰的技術和策略。 精心設計和實施的少量能源政策可以使我們邁向低碳未來。 能源系統龐大而復雜,因此能源政策必須重點突出且具有成本效益。 千篇一律的方法根本無法完成工作。 政策制定者需要一個清晰,全面的資源,概述對我們的氣候未來影響最大的能源政策,並描述如何精心設計這些政策。 適用於亞馬遜

這改變一切:資本主義與氣候

作者:Naomi Klein
1451697392In 這改變一切 Naomi Klein認為,氣候變化不僅僅是稅收和醫療保健之間的另一個問題。 這是一個警報,要求我們修復一個已經在很多方面讓我們失望的經濟體系。 Klein一絲不苟地建立了大規模減少溫室氣體排放的案例,這是我們同時減少差距不平等的最佳機會,重新想像我們破碎的民主國家,並重建我們的內部經濟。 她揭露了氣候變化否認者的意識形態絕望,潛在地球工程師的彌賽亞妄想,以及太多主流綠色倡議的悲劇性失敗。 她準確地說明了為什麼市場沒有 - 也不能 - 解決氣候危機,反而會使事情變得更糟,更加極端和生態破壞性的提取方法,伴隨著猖獗的災難資本主義。 適用於亞馬遜

來自出版商:
在亞馬遜購買可以支付帶給您的費用 InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, 亦於 ClimateImpactNews.com 免費且沒有廣告客戶跟踪您的瀏覽習慣。 即使您點擊鏈接但不購買這些選定的產品,您在亞馬遜的同一次訪問中購買的任何其他東西都會向我們支付少量佣金。 您無需支付額外費用,因此請為此付出努力。 你也可以 使用此鏈接 隨時使用亞馬遜,以便您可以幫助支持我們的工作。

 

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

關注InnerSelf

Facebook的圖標Twitter的圖標RSS圖標

 通過電子郵件獲取最新信息

{emailcloak = OFF}

最新視頻

五個氣候懷疑:氣候錯誤信息的速成課程
五個氣候懷疑:氣候錯誤信息的速成課程
by 約翰庫克
該視頻是關於氣候錯誤信息的速成課程,總結了用來質疑現實的主要論點...
北極已經3萬年沒有變暖了,這意味著地球發生了巨大變化
北極已經3萬年沒有變暖了,這意味著地球發生了巨大變化
by 朱莉·布里格姆-格蕾特和史蒂夫·佩奇
Every year, sea ice cover in the Arctic Ocean shrinks to a low point in mid-September.每年1.44月中旬,北冰洋的海冰覆蓋面積都縮小到最低點。 This year it measures just XNUMX…今年,它的測量值僅為XNUMX…
什麼是颶風風暴潮?為什麼如此危險?
什麼是颶風風暴潮?為什麼如此危險?
by 小安東尼·C·戴德萊克
15年2020月XNUMX日星期二,颶風薩利(Sally)前往北部墨西哥灣沿岸時,天氣預報員警告說,
海洋變暖威脅珊瑚礁,不久後將使其變得更難恢復
海洋變暖威脅珊瑚礁,不久後將使其變得更難恢復
by 邵逸夫
現在,任何正在照管花園的人都知道極端高溫會對植物產生什麼影響。 熱量也是一個問題。
太陽黑子確實會影響我們的天氣,但影響不大
太陽黑子確實會影響我們的天氣,但影響不大
by 羅伯特麥克拉克蘭
我們正處於太陽活動較低的時期,即黑子嗎? 它會持續多久? 我們的世界發生了什麼……
自IPCC第一份報告以來,氣候科學家在三個十年中面臨著骯髒的Tri倆
自IPCC第一份報告以來,氣候科學家在三個十年中面臨著骯髒的Tri倆
by 馬克哈德森
三十年前,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在瑞典的一個名為Sundsvall的小城市中…
甲烷排放量創歷史新高
甲烷排放量創歷史新高
by 喬西·加思韋特
研究表明,全球甲烷排放量已達到歷史最高水平。
海帶福雷斯特7 12
世界海洋森林如何緩解氣候危機
by 艾瑪·布萊斯(Emma Bryce)
研究人員正在尋找海帶,以幫助將二氧化碳儲存在海面以下。

最新文章

上帝把它當作一個一次性星球:與美國牧師會面宣揚氣候變化否認
上帝把它當作一個一次性星球:與美國牧師會面宣揚氣候變化否認
by 保羅·布雷特曼
每隔一段時間,您會遇到一篇非同尋常的作品,以至於您不得不分享。 其中一件是……
乾旱和高溫共同威脅美國西部
乾旱和高溫共同威脅美國西部
by 蒂姆拉德福德
氣候變化確實是一個亟待解決的問題。 越來越多的人同時發生乾旱和高溫。
中國在加強氣候行動方面震驚世界
中國在加強氣候行動方面震驚世界
by 譚Tan
中國國家主席習近平最近對中國做出了以下承諾:使中國實現零排放,這令國際社會感到驚訝。
綿羊的氣候變化,遷徙和致命疾病如何改變我們對流行病的理解?
綿羊的氣候變化,遷徙和致命疾病如何改變我們對流行病的理解?
by 超級用戶
一個新的病原體進化框架使世界比我們以前更容易遭受疾病爆發……
氣候熱融化了北極的雪和乾燥的森林
青年氣候運動的未來
by 戴維·廷德爾
XNUMX月下旬,世界各地的學生回到街頭,參加了第一個全球氣候行動日活動。
歷史悠久的亞馬遜雨林火災威脅著氣候並增加了新疾病的風險
歷史悠久的亞馬遜雨林火災威脅著氣候並增加了新疾病的風險
by 凱瑞·威廉·鮑曼(Kerry William Bowman)
2019年亞馬遜地區的大火毀滅史無前例。 成千上萬的大火燒毀了……
氣候熱融化了北極的積雪並使森林乾燥
氣候熱融化了北極的雪和乾燥的森林
by 蒂姆拉德福德
現在,北極雪下熊熊大火,甚至是最濕的雨林都在那裡燃燒。 氣候變化帶來的可能性不大……
海洋熱浪正變得越來越普遍和強烈
海洋熱浪正變得越來越普遍和強烈
by 恩妮絲(Jen Monnier)
改進的海洋“天氣預報”有望減少世界各地漁業和生態系統遭受的破壞