현재의 태양 광 기술로는 충분하지 않습니다. Unsplash의 Antonio Garcia, FAL

더 저렴하고 친환경적인 전기에 대한 수요는 에너지 환경이 역사의 다른 어떤 시점보다 빠르게 변화하고 있음을 의미합니다. 이것은 특히 사실입니다 태양열 전기 과 배터리 저장. 두 제품의 비용은 지난 XNUMX 년 동안 전례없는 속도로 떨어졌습니다. LED 조명 확장되었습니다.

저렴하고 유비쿼터스 태양 광 발전 및 저장에 대한 접근은 우리가 전력을 생산하고 사용하는 방식을 변화시켜 운송 부문의 전기 화를 가능하게 할 것입니다. 새로운 화학 기반 경제에 대한 잠재력이 있습니다. 재생 가능 에너지를 연료로 저장을 구성하고 "사물의 인터넷".

그러나 우리의 현재 에너지 기술은 우리를이 미래로 인도하지 않을 것입니다. 곧 효율성과 비용 한계에 도달 할 것입니다. 그만큼 향후 감소 가능성 예를 들어, 실리콘 태양열의 전기 비용은 제한적입니다. 각 패널의 제조에는 상당한 양의 에너지가 필요하며 공장은 구축 비용. 그리고 생산 비용을 조금 더 줄일 수 있지만 태양 광 설치 비용은 현재 엑스트라에 의해 지배 – 설치, 배선, 전자 장치 등.

이는 현재의 태양 광 발전 시스템이 30TW (TeraWatt) 글로벌 전력 요구 사항 중 필요한 부분을 충족하지 못할 가능성이 있음을 의미합니다 (현재 1TW 미만 생산). 충분히 빨리 기후 변화와 같은 문제를 해결하기 위해

마찬가지로, 우리의 현재 LED 조명 및 디스플레이 기술은 너무 비싸고 짧은 시간 내에 기존 조명을 현실적으로 대체하기에 충분한 색상 품질이 아닙니다. 현재 조명이 5% 세계 탄소 배출량의 이러한 격차를 신속하게 메우기 위해서는 새로운 기술이 필요합니다.

할라이드 페 로브 스카이 트

캠브리지에있는 우리 연구실, 영국은 다음과 같은 유망한 새로운 재료 군을 개발하고 있습니다. 할라이드 페 로브 스카이 트. 그들은 빛으로 자극을 받으면 전하를 전도하는 반도체입니다. 페 로브 스카이 트 잉크는 유리나 플라스틱에 증착되어 금속, 할로겐화물 및 유기 이온으로 구성된 매우 얇은 필름 (인간의 머리카락 너비의 약 XNUMX 분의 XNUMX)을 만듭니다. 전극 접점 사이에 끼워지면이 필름은 태양 전지 또는 LED 장치.

놀랍게도 그들이 흡수하거나 방출하는 빛의 색은 화학 구조를 변경하는 것만으로도 바뀔 수 있습니다. 우리가 재배하는 방식을 변경함으로써 우리는 빛을 흡수 (태양 광 패널의 경우) 또는 빛을 방출 (LED의 경우)에 더 적합하도록 조정할 수 있습니다. 이를 통해 우리는 자외선에서 가시광 선과 근적외선까지 빛을 방출하는 다양한 색상의 태양 전지와 LED를 만들 수 있습니다.

저렴하고 다양한 가공에도 불구하고 이러한 재료는 태양 전지와 발광체 모두에서 매우 효율적인 것으로 나타났습니다. 페 로브 스카이 트 태양 전지 히트 25.2 년 2019 % 효율성, 26.7 %의 결정질 실리콘 셀 뒤에서 뜨겁고 페 로브 스카이 트 LED는 이미 접근하는 기성품 유기 발광 다이오드 (OLED) 성능.

이러한 기술은 빠르게 상용화, 특히 태양 전지 전면에. 영국에 기반을 둔 Oxford Photovoltaics는 생산 라인 구축 첫 구매 주문서를 작성하고 있습니다. 초기 2021. 폴란드 회사 인 Saule Technologies는 2018 년 말에 페 로브 스카이 트 솔라 파사드 파일럿. 중국 제조업체 Microquanta Semiconductor는 200,000 평방 미터 연말 전에 생산 라인에서 패널의. 미국에 본사를 둔 Swift Solar (제가 공동 설립 한 회사)는 고성능 가볍고 유연한 특성을 가진 셀.

얇은 필름으로 주조 할 수있는 컬러 페 로브 스카이 트 발광 잉크. © 산딥 파탁, 저자 제공

사이에 이들 및 다른 회사, 빠른 진전이 이루어지고 있습니다.

태양 광 창 및 플렉시블 패널

고효율을 위해 매우 균일해야하는 기존의 실리콘 셀과 달리 페 로브 스카이 트 필름은 모자이크“곡물” 매우 다양한 크기 (나노 미터에서 밀리미터까지)와 화학적 성질을 가지고 있지만 오늘날 최고의 실리콘 셀과 거의 같은 성능을 발휘합니다. 게다가, 작은 흠집이나 결함 페 로브 스카이 트 필름에서는 상당한 전력 손실이 발생하지 않습니다. 이러한 결함은 실리콘 패널이나 상업용 LED에 치명적일 수 있습니다.

우리가 여전히 이것을 이해하려고 노력하고 있지만, 이러한 자료는 커뮤니티가 우리가 이상적인 반도체로 간주하는 교과서를 다시 쓰도록 강요하고 있습니다. 아마도 – 무질서 때문에.

우리는 가정적으로 이러한 재료를 사용하여 건물이나 주택에 혼합되는 "디자이너"색상의 태양 전지 또는 착색 유리처럼 보이지만 생성하는 태양 창을 만들 수 있습니다. 힘.

그러나 진정한 기회는 실리콘 셀의 효율성을 뛰어 넘는 고효율 셀을 개발하는 것입니다. 예를 들어, 두 개의 서로 다른 색상의 페 로브 스카이 트 필름을 "탠덤"태양 전지. 각 층은 태양 스펙트럼의 다른 영역을 수확하여 전지의 전반적인 효율성을 증가시킵니다.

또 다른 예는 Oxford PV가 개척하고있는 것입니다. 표준 실리콘 셀 위에 페 로브 스카이 트 층을 추가하여 기존 기술의 효율성을 높입니다. 상당한 추가 비용없이. 이러한 탠덤 레이어링 접근 방식은 빠르게 효율성 향상 30 %를 초과하는 태양 전지판의 경우 패널 및 시스템 비용을 절감하는 동시에 에너지 발자국.

이러한 페 로브 스카이 트 층은 또한 신문지처럼 구르도록 처리 할 수있는 유연한 태양 전지판을 제조하기 위해 개발되고 있습니다. 비용 절감. 경량, 고전력 태양열은 또한 전기 자동차 및 통신 위성에 전력을 공급할 수있는 가능성을 열어줍니다.

유연한 페 로브 스카이 트 프로토 타입 태양 전지. Scientific American을위한 Plamen Petkov

LED의 경우 페 로브 스카이 트는 환상적 색상 품질 고급으로 이어질 수 있습니다 유연한 디스플레이 기술. 페 로브 스카이 트는 또한 더 저렴하고 높은 품질을 제공 할 수 있습니다. 흰색 조명 지구본의 "색온도"는 오늘날의 상업용 LED보다 차갑거나 따뜻한 백색광 또는 원하는 그늘을 제공하도록 제조 할 수 있습니다. 그들은 또한 빌딩 블록으로 흥분을 일으키고 있습니다. 미래의 양자 컴퓨터, 만큼 잘 X 선 검출기 극도로 낮은 선량의 의료 및 보안 영상 용.

첫 번째 제품이 이미 등장하고 있지만 여전히 문제가 있습니다. 한 가지 핵심 문제는 장기 안정성. 그러나이 연구는 유망하며, 이러한 문제가 해결되면 할로겐화물 페 로브 스카이 트는 진정으로 우리의 에너지 생산과 소비의 변화를 추진할 수 있습니다.

저자에 관하여

Sam Stranks, 에너지 강사 및 Royal Society University Research Fellow, 캠브리지 대학

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