Dokáže najúžasnejší nový solárny materiál naplniť svoj humbuk?

Perovskit sľubuje, že bude lacnejší a efektívnejší ako kremík – a niekoľko spoločností tvrdí, že sú blízko k jeho výrobe vo veľkom.



29. júna 2021 perovskit flexibilný

Willow Technologies

Testovanie perovskitových solárnych článkov v laboratóriu si vyžadovalo slušný pár bežeckých topánok. Materiály sa rozpadli tak rýchlo, že vedci vyrazili z miesta, kde bunky vyrobili, na miesto, kde ich testovali, pričom sa snažili zmerať ich výkon skôr, ako sa bunky v ich rukách znehodnotia – zvyčajne v priebehu niekoľkých minút.





Perovskity už dlho očarili výskumníkov prísľubom výroby lacných, ultra účinných solárnych článkov. A teraz niekoľko spoločností robí veľké kroky smerom k výrobe komerčných perovskitových solárnych článkov vo veľkom rozsahu.

Nestabilita materiálov však hrozila vykoľajením ich cesty na strechy a elektrárne. Hoci niekoľko spoločností tvrdí, že problém vyriešili, aspoň dostatočne na to, aby v priebehu roka uviedli na trh predbežné produkty, niektorí výskumníci sú stále skeptickí.

Ľudia chcú, aby som povedal: „Určite viem, že to bude stabilné, bude to efektívne a dobyjeme svet,“ hovorí Jozef Berry , ktorý vedie výskumný program perovskitu v Americké národné laboratórium pre obnoviteľnú energiu. A časť mňa tomu verí, ale časť mňa ako vedca hovorí: ‚Nemám údaje.‘



opracovanie skla google

Nasávanie na slnku

Perovskity sú syntetické materiály, lacné a relatívne jednoduché na výrobu aj vo veľkých množstvách. Bežné perovskity používané vo fotovoltaike sú zvyčajne niečo ako halogenid metylamónneho olova, ale rodina perovskitov zahŕňa tisíce materiálov, ktoré zdieľajú rovnakú kryštálovú štruktúru. Potiahnuté na flexibilnom základe môžu produkovať tenkovrstvové solárne články, ktoré sú ľahké a ohybné.

Aj keď sa v posledných desaťročiach objavilo niekoľko nových fotovoltaických materiálov, žiadny nenarobil na trhu, ktorému dominuje kremík, veľký prievan. Nachádza sa v približne 95 % existujúcich solárnych článkov.

Niektoré perovskitové spoločnosti, napr Willow Technologies vo Varšave sa pokúšajú úplne opustiť kremík. Spoločnosť založená v roku 2014 vyvinula proces atramentovej tlače na výrobu perovskitových solárnych článkov zapuzdrených do flexibilného plastu. Panel obsahujúci Sauleove články je asi desatina ťažší ako kremíkový panel rovnakej veľkosti.

V máji Saule otvoril továreň, ktorá dokáže vyrobiť približne 40 000 metrov štvorcových panelov ročne. To stačí na výrobu približne 10 megawattov energie (niektoré továrne, ktoré vyrábajú kremíkové články, sú stokrát väčšie).



Tieto flexibilné solárne články nás približujú k návyku na fosílne palivá Žiadnemu solárnemu materiálu sa nepodarilo nahradiť kremík. Perovskity, ktoré sú oveľa lacnejšie a dajú sa z nich vyrobiť flexibilné moduly, by to mohli zmeniť.

Zatiaľ čo perovskity majú potenciál dosiahnuť vysokú účinnosť ( svetový rekord pre bunku obsahujúcu iba perovskit je len niečo málo cez 25 %), väčšina z najvýkonnejších perovskitových buniek v súčasnosti je malá – široká menej ako palec.

Zvyšovanie sťažuje dosiahnutie potenciálnych limitov účinnosti. Práve teraz dosahujú panely Saule, ktoré sú meter široké, účinnosť okolo 10 %. Toto je zatienené komerčnými silikónovými panelmi podobných veľkostí, ktoré zvyčajne dosahujú účinnosť okolo 20 %.

Oľga Malinkiewiczová , zakladateľ a hlavný technologický riaditeľ Saule, hovorí, že cieľom spoločnosti bolo dostať von len perovskitový solárny článok a na nižšej účinnosti nezáleží, ak je technológia dostatočne lacná.

Saule sa snaží ísť tam, kde kremíkové solárne panely nebudú: na strechy, ktoré nezvládnu hmotnosť ťažkých sklenených panelov, alebo na špecializovanejšie aplikácie, ako sú solárne žalúzie, ktoré spoločnosť v súčasnosti testuje.

Zatiaľ čo Saule uvádza na trh tenkovrstvové produkty pre špeciálne aplikácie, iné spoločnosti dúfajú, že porazia kremík alebo sa aspoň pripoja k jeho vlastnej hre. so sídlom v Spojenom kráľovstve Oxford PV začleňuje perovskity do kombinovaných buniek perovskit-kremík.

Pretože kremík absorbuje svetlo smerom k červenému koncu viditeľného spektra a perovskity môžu byť vyladené tak, aby absorbovali rôzne vlnové dĺžky, potiahnutie vrstvy perovskitu na kremíkové články umožňuje kombinovaným bunkám dosiahnuť vyššiu účinnosť ako samotný kremík.

Kombinované články Oxford PV sú ťažké a tuhé, ako len kremíkové články. Ale keďže majú rovnakú veľkosť a tvar, nové články sa dajú ľahko zasunúť do panelov pre strešné polia alebo solárne farmy.

Oxford PV kombinuje perovskit a kremík na vytvorenie vysoko účinných solárnych článkov.

OXFORD PV

Chris Case , technologický riaditeľ Oxford PV, hovorí, že spoločnosť sa zameriava na znižovanie vyrovnaných nákladov na elektrickú energiu, čo je metrika, ktorá zohľadňuje náklady na inštaláciu systému a prevádzkové náklady počas životnosti. Zatiaľ čo vrstvenie perovskitov na kremík zvyšuje výrobné náklady, hovorí, že vyrovnané náklady na kombinovanú bunku by mali časom klesnúť pod kremík, pretože tieto nové bunky sú efektívnejšie. Oxford vytvoril v posledných rokoch niekoľko svetových rekordov v účinnosti tohto typu buniek, pričom naposledy dosiahol 29,5 %.

Microquanta Semiconductor , čínska perovskitová spoločnosť so sídlom v Hangzhou, tiež berie niektoré podnety z kremíkových solárnych článkov. Spoločnosť vyrába panely z pevných, sklom zapuzdrených buniek, ktoré sú vyrobené z perovskitov.

Pilotná továreň Microquanta bola otvorená v roku 2020 a do konca roka by mala dosiahnuť kapacitu 100 megawattov, hovorí Buyi Yan , technologický riaditeľ spoločnosti. Spoločnosť má demonštračné panely nainštalované na niekoľkých budovách a solárnych farmách po celej Číne.

Riešenie pre stabilitu

Stabilita perovskitov sa v priebehu niekoľkých rokov zlepšila z minút na mesiace. Ale väčšina dnes inštalovaných kremíkových článkov má záruku približne 25 rokov, čo je cieľ, ktorý perovskiti ešte nemusia byť schopní dosiahnuť.

Perovskity sú obzvlášť citlivé na kyslík a vlhkosť, ktoré môžu interferovať s väzbami v kryštáli, čím bránia elektrónom v efektívnom pohybe cez materiál. Výskumníci pracovali na zlepšení životnosti perovskitov, a to vývojom menej reaktívnych receptúr na perovskity a hľadaním lepších spôsobov ich balenia.

Oxford PV, Microquanta a Saule tvrdia, že problém so stabilitou vyriešili prinajmenšom dostatočne na to, aby predali svoje prvé produkty.

Odhad dlhodobého výkonu solárnych článkov sa zvyčajne vykonáva zrýchleným testovaním, umiestnením článkov alebo panelov do mimoriadne stresujúcich podmienok, aby sa simulovali roky opotrebovania. Najbežnejším súborom testov pre vonkajšie kremíkové články je séria s názvom IEC 61215.

Oxford a Microquanta prešli testami v tejto sérii týkajúcich sa výkonnosti buniek. Saule prešiel niektorými testami, ale stále pracuje na iných, ako je test vlhkosti, hovorí Malinkiewicz.

Absolvovanie celej série zvyčajne znamená, že kremíkový solárny panel vydrží najmenej 25 rokov, hoci výskumníci si nemôžu byť istí, či rovnaká korelácia platí pre nové materiály, ako sú perovskity.

je princezná leia v rogue jedna

Oxford PV skrínoval niektoré z tisícok zlúčenín, ktoré tvoria rodinu perovskitov, aby našiel stabilnejšie formulácie. Spoločnosť odmietla zverejniť podrobnosti o výkone, hoci Case tvrdí, že absolútne očakávajú, že ich produkty budú mať podobnú životnosť ako kremíkové články. Spoločnosť nainštalovala testovacie panely na strechu v strednej Európe v decembri 2019 a Case zatiaľ hovorí, že panely obsahujúce ich perovskitové vrstvené bunky vykazujú rovnakú degradáciu ako komerčné kremíkové panely, ktoré inštalovali na porovnanie.

Yan v Microquanta hovorí, že spoločnosť nainštalovala testovacie bunky vonku vo februári 2020, ktoré dnes stále dosahujú rovnaký špičkový výkon, ako keď boli inštalované.

Microquanta predvádza svoje solárne panely na budovách a solárnych farmách po celej Číne.

MICROQUANTA SEMICONDUCTOR

Na zlepšenie stability svojich produktov Saule urobil zmeny na kovových kontaktoch v bunke, ako aj na perovskitovej vrstve. Prvá generácia perovskitových článkov Saule obalených plastom bude mať minimálne 10-ročnú záruku na výkon, hovorí Malinkiewicz. Hoci kremíkové články vydržia dlhšie, dúfa, že nižšia cena a jednoduchá inštalácia presvedčia zákazníkov, aby akceptovali kratšiu životnosť.

Niektorí vedci nie sú presvedčení o týchto tvrdeniach. Otázky stability, pokiaľ viem, neboli veľmi dobre vyriešené, hovorí Letian Dou , výskumník perovskitov na Purdue University v Indiane. Dou hovorí, že je ťažké povedať, čo tieto spoločnosti chystajú, pretože svoj materiálový vývoj udržiavajú v tajnosti, hoci dodáva, že absolvovanie externých testov, ako je IEC 61215, je sľubné.

Douovo laboratórium je jedným z niekoľkých, ktoré boli nedávno vybrané na získanie finančných prostriedkov od Ministerstva energetiky USA, aby sa pokúsili vyriešiť niektoré zo zostávajúcich problémov technológie. V marci 2021 oznámil odbor 40 miliónov dolárov v grantoch na podporu výskumu perovskitov, väčšinou na projekty zamerané na zlepšenie stability týchto materiálov a uľahčenie ich výroby.

Aj keď sa perovskitovým bunkám dostáva viac financií a pozornosti, len čas ukáže, či dokážu konkurovať alebo koexistovať s kremíkom. Napriek tomu sú výskumníci optimistickí, pokiaľ ide o vyhliadky na poskytovanie lacnejšej a dostupnejšej solárnej energie. Všetky príznaky sú dobré, hovorí Berry z Národného laboratória pre obnoviteľnú energiu.

A dodáva, aj po rokoch výskumu budú musieť spoločnosti pracujúce v tomto priestore stále akceptovať určitú neistotu. Ak chcete byť na pokraji krvácania, hovorí, budete musieť žiť s určitým rizikom.

skryť

Skutočné Technológie

Kategórie

Nezaradené Do Kategórie

Technológie

Biotechnológia

Technická Politika

Zmena Podnebia

Ľudia A Technika

Silicon Valley

Výpočtový

Magazín Mit News

Umela Inteligencia

Priestor

Inteligentné Mestá

Blockchain

Celovečerný Príbeh

Profil Absolventov

Spojenie Absolventov

Funkcia Mit News

1865

Môj Názor

77 Mass Ave

Zoznámte Sa S Autorom

Profily Vo Štedrosti

Videné Na Akademickej Pôde

Listy Absolventov

Správy

Voľby 2020

S Indexom

Pod Kupolou

Požiarna Hadica

Nekonečné Príbehy

Pandemický Technologický Projekt

Od Prezidenta

Titulný Príbeh

Fotogaléria

Odporúčaná