Hur vi kan få ännu mer energi från solen

Solpaneler på ett Walmart tak, Mountain View, Kalifornien. Walmart / Flickr, CC BYSolpaneler på ett Walmart tak, Mountain View, Kalifornien.
Walmart / Flickr, CC BY

Den globala efterfrågan på energi ökar per timme som utvecklingsländer går mot industrialisering. Experter uppskattar att vid år 2050 kan världens efterfrågan på el uppnå 30 terawatts (TW). I perspektiv är en terawatt ungefär lika med kraften i 1.3-miljarder hästar.

Solens energi är obegränsad - solen ger oss 120,000 TW kraft vid vilken tidpunkt som helst - och det är gratis. Men idag levererar solenergi bara ungefär en procent av världens el. Den kritiska utmaningen gör det billigare att konvertera fotoenergi till användbar elektrisk energi.

För att göra det måste vi hitta material som absorberar solljus och omvandlar det till el effektivt. Dessutom vill vi att dessa material ska vara rikliga, miljövänliga och kostnadseffektiva att tillverka i solenheter.

Forskare från hela världen arbetar för att utveckla solcellsteknologier som är effektiva och prisvärda. Målet är att få installationskostnaden för solenergi under US $ 1 per watt, jämfört med ungefär $ 3 per watt idag.

På Binghamton University Centrum för autonom solenergi (CASP), vi undersöker sätt att göra tunnfilm solceller med material som är rikliga i naturen och icke-toxisk. Vi vill utveckla solceller som är pålitliga, mycket effektiva när det gäller att omvandla solljus till el och vara billigt att tillverka. Vi har identifierat två material som har stor potential som solabsorbenter: pyrit, mer känd som dårens guld på grund av metallisk glans. och koppar-zink-tenn-sulfid (CZTS).

Söker det idealiska materialet

Dagens kommersiella solceller är gjorda av ett av tre material: kisel, kadmiumtellurid (CdTe) och koppar-indium-gallium-selenid (CIGS). Var och en har styrkor och svagheter.

Silikon solceller är mycket effektiva, omvandlar upp till 25 procent av solljuset som faller på dem till el, och mycket hållbart. Det är emellertid väldigt dyrt att bearbeta kisel i skivor. Och dessa skivor måste vara mycket tjocka (ca 0.3 millimeter, som är tjocka för solceller) för att absorbera allt solljus som faller på dem, vilket ytterligare ökar kostnaderna.

Silikon solceller - ofta kallad första generationens solceller - används i paneler som har blivit bekanta med hustak. Vårt centrum studerar en annan typ som kallas tunnfilmsolceller, som är nästa generations solteknologi. Som namnet antyder tillverkas tunnfilms solceller genom att sätta ett tunt lager av solabsorberande material över ett substrat, såsom glas eller plast, som typiskt kan vara flexibel.

Dessa solceller använder mindre material, så de är billigare än kristallina solceller gjorda av kisel. Det är inte möjligt att belägga kristallint kisel på ett flexibelt substrat, så vi behöver ett annat material att använda som solabsorbent.

Även om tunnfilmsolteknik förbättras snabbt, är vissa av materialen i dagens tunnfilm solceller knappa eller farliga. Kadmium i CdTe är till exempel högt giftigt för alla levande saker och är känt för att orsaka cancer hos människor. CdTe kan separeras i kadmium och tellurium vid höga temperaturer (till exempel i ett laboratorium eller husbränsle), vilket innebär en allvarlig inandningsrisk.

Vi jobbar med pyrit och CZTS eftersom de är nontoxa och mycket billiga. CZTS kostar omkring 0.005 cent per watt och pyritkostnader bara 0.000002 cent per watt. De är också bland de mest rikliga materialen i jordskorpan och absorberar det synliga spektrumet av solljus effektivt. Dessa filmer kan vara så tunna som 1 / 1000th av en millimeter.

Testa CZTS-solceller under simulerat solljus. Tara Dhakal / Binghamton University, författare tillhandahållen Testa CZTS-solceller under simulerat solljus.
Tara Dhakal / Binghamton University, författare tillhandahållen
Vi måste kristallisera dessa material innan vi kan tillverka dem i solceller. Detta görs genom att värma dem. CZTS kristalliserar vid temperaturer under 600 grad Celsius, jämfört med 1,200 grader Celsius eller högre för kisel, vilket gör det billigare att bearbeta. Det fungerar mycket som högeffektiva kopparindium gallium selenid (CIGS) solceller, som är kommersiellt tillgängliga nu, men ersätter indium och gallium i dessa celler med billigare och rikare zink och tenn.

Hittills är CZTS-solceller relativt ineffektiva: de konverterar mindre än 13 procent av solljuset som faller på dem till el, jämfört med 20-procent för dyrare CIGS-solceller.

Vi vet att CZTS-solceller har potential att vara 30-procent effektiva. De viktigaste utmaningarna är 1), som syntetiserar CZTS-tunnfilm av hög kvalitet utan spår av föroreningar, och 2) att hitta ett lämpligt material för "buffertlagret" under det, vilket hjälper till att samla de elektriska laddningar som solljus skapar i absorberskiktet. Vårt lab har producerat en CZTS-tunnfilm med sju procent effektivitet; Vi hoppas att vi snart kommer att närma oss 15-procentuell effektivitet genom att syntetisera CZTS-lager av hög kvalitet och hitta lämpliga buffertlager.

Strukturen av en CZTS solcell. Tara Dhakal / Binghamton University, författare tillhandahållenStrukturen av en CZTS solcell.
Tara Dhakal / Binghamton Univ., Författare tillhandahållen
Pyrit är en annan potentiell absorberare som kan syntetiseras vid mycket låga temperaturer. Vårt lab har syntetiserat pyrit-tunna filmer, och nu arbetar vi med att lagra dessa filmer i solceller. Denna process är utmanande eftersom pyrit bryts ner lätt när den utsätts för värme och fukt. Vi undersöker sätt att göra det mer stabilt utan att det påverkar dess solabsorptionsförmåga och mekaniska egenskaper. Om vi ​​kan lösa detta problem kan "dårens guld" bli en smart fotovoltaisk enhet.

I en ny studie studerade forskare vid Stanford University och University of California i Berkeley som solenergi kunde ge upp till 45 procent av amerikansk el av 2050. För att möta det målet måste vi fortsätta köra ner kostnaden för solenergi och hitta sätt att göra solcellerna mer hållbara. Vi tror att rikliga, icke-toxiska material är nyckeln till att realisera solenergipotentialen.

Om författaren

dhakal taraTara P. Dhakal, biträdande professor i elektroteknik och datateknik, Binghamton University, State University of New York. Hans forskningsintresse är förnybar energi, i synnerhet solenergi. Hans forskningsmål är att uppnå solcellsteknik som är miljövänlig och ekonomiskt överkomlig.

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

InnerSelf Market

amason

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

följ InnerSelf på

Facebookikon ikon~~POS=HEADCOMPtwitter iconyoutube iconinstagram ikonpintrest ikonrss-ikonen

 Få det senaste via e-post

Veckotidningen Daglig Inspiration

SENASTE FILMER

Den stora klimatmigrationen har börjat
Den stora klimatmigrationen har börjat
by super~~POS=TRUNC
Klimatkrisen tvingar tusentals runt om i världen att fly eftersom deras hem blir alltmer obeboeliga.
Den senaste istiden berättar för varför vi måste bry oss om en 2 ℃ temperaturförändring
Den senaste istiden berättar för varför vi måste bry oss om en 2 ℃ temperaturförändring
by Alan N Williams, et al
I den senaste rapporten från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) sägs att utan en väsentlig minskning ...
Jorden har varit beboelig i miljarder år - exakt hur lycklig vi fick?
Jorden har varit beboelig i miljarder år - exakt hur lycklig vi fick?
by Toby Tyrrell
Det tog evolution 3 eller 4 miljarder år att producera Homo sapiens. Om klimatet helt hade misslyckats bara en gång i det ...
Hur kartläggning av vädret för 12,000 XNUMX år sedan kan hjälpa till att förutsäga framtida klimatförändringar
Hur kartläggning av vädret för 12,000 XNUMX år sedan kan hjälpa till att förutsäga framtida klimatförändringar
by Brice Rea
Slutet av den sista istiden, för cirka 12,000 XNUMX år sedan, kännetecknades av en sista kall fas kallad Younger Dryas ...
Kaspiska havet kommer att falla med 9 meter eller mer under detta århundrade
Kaspiska havet kommer att falla med 9 meter eller mer under detta århundrade
by Frank Wesselingh och Matteo Lattuada
Tänk dig att du befinner dig vid kusten och tittar ut mot havet. Framför dig ligger 100 meter karg sand som ser ut som en ...
Venus var en gång mer jordlik, men klimatförändringen gjorde det obeboelig
Venus var en gång mer jordlik, men klimatförändringen gjorde det obeboelig
by Richard Ernst
Vi kan lära oss mycket om klimatförändringar från Venus, vår systerplanet. Venus har för närvarande en yttemperatur på ...
Fem klimattroar: En kraschkurs i felaktig klimatinformation
De fem klimattroerna: en kraschkurs i felaktig klimatinformation
by John Cook
Den här videon är en kraschkurs i klimatinformation som sammanfattar de viktigaste argumenten som används för att tvivla på verkligheten ...
Arktis har inte varit så varm på 3 miljoner år och det betyder stora förändringar för planeten
Arktis har inte varit så varm på 3 miljoner år och det betyder stora förändringar för planeten
by Julie Brigham-Grette och Steve Petsch
Varje år krymper havsisskyddet i Arktiska havet till en låg punkt i mitten av september. I år mäter den bara 1.44 ...

SENASTE ARTIKLAR

grön energi2 3
Fyra gröna vätgasmöjligheter för Mellanvästern
by Christian Tae
För att avvärja en klimatkris kommer Mellanvästern, liksom resten av landet, att behöva göra koldioxidutsläpp till sin ekonomi helt genom att...
ug83qrfw
Stora hinder för att kräva svar måste upphöra
by John Moore, On Earth
Om federala tillsynsmyndigheter gör det rätta, kan elkunder i Mellanvästern snart kunna tjäna pengar medan...
träd att plantera för klimat2
Plantera dessa träd för att förbättra stadslivet
by Mike Williams-Rice
En ny studie fastställer levande ekar och amerikanska plataner som mästare bland 17 "superträd" som kommer att hjälpa till att göra städer ...
norra havets botten
Varför vi måste förstå havsbottengeologin för att utnyttja vindarna
by Natasha Barlow, docent i kvartär miljöförändring, University of Leeds
För alla länder som är välsignade med enkel tillgång till det grunda och blåsiga Nordsjön kommer havsvind att vara nyckeln till att möta nätet...
3 skogsbrandlektioner för skogsstäder när Dixie Fire förstör historiska Greenville, Kalifornien
3 skogsbrandlektioner för skogsstäder när Dixie Fire förstör historiska Greenville, Kalifornien
by Bart Johnson, professor i landskapsarkitektur, University of Oregon
En löpeld som brinner i het, torr bergskog svepte genom Gold Rush -staden Greenville, Kalifornien, den 4 augusti, ...
Kina kan möta energi- och klimatmål som begränsar kolkraften
Kina kan möta energi- och klimatmål som begränsar kolkraften
by Alvin Lin
Vid Leader's Climate Summit i april lovade Xi Jinping att Kina kommer att "strikt kontrollera koleldad kraft ...
Blått vatten omgivet av dött vitt gräs
Kartan spårar 30 års extrem snösmältning i USA
by Mikayla Mace-Arizona
En ny karta över extrema snösmältningar under de senaste 30 åren förtydligar processerna som driver snabb smältning.
Ett plan tappar röd brandskyddsmedel till en skogsbrand när brandmän parkerade längs en väg ser upp mot den orange himlen
Modellen förutspår 10-åriga skogsbrand, sedan gradvis nedgång
by Hannah Hickey-U. Washington
En titt på den långsiktiga framtiden för skogsbränder förutsäger en första ungefär decennier lång utbrott av skogsbrandaktivitet, ...

 Få det senaste via e-post

Veckotidningen Daglig Inspiration

Nya Attityder - Nya Möjligheter

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 Innerself Publikationer. All Rights Reserved.