Bagaimana Teknologi Surya dan Pencahayaan Baru Dapat Mendorong Transformasi Energi Terbarukan

Bagaimana Teknologi Surya dan Pencahayaan Baru Dapat Mendorong Transformasi Energi Terbarukan
Teknologi tenaga surya saat ini tidak cukup baik.
Antonio Garcia di Unsplash, FAL

Permintaan akan listrik yang lebih murah dan lebih hijau berarti lanskap energi berubah lebih cepat daripada titik lain dalam sejarah. Ini terutama benar listrik bertenaga surya serta penyimpanan baterai. Biaya keduanya telah turun pada tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya selama dekade terakhir dan teknologi hemat energi seperti LED pencahayaan juga telah berkembang.

Akses ke tenaga surya dan penyimpanan yang murah dan ada di mana-mana akan mengubah cara kita memproduksi dan menggunakan listrik, memungkinkan elektrifikasi di sektor transportasi. Ada potensi ekonomi berbasis kimia baru di mana kita menyimpan energi terbarukan sebagai bahan bakar, dan mendukung perangkat baru yang membentuk "internet hal-hal".

Tetapi teknologi energi kita saat ini tidak akan membawa kita ke masa depan ini: kita akan segera mencapai batas efisiensi dan biaya. Itu potensi pengurangan di masa mendatang dalam biaya listrik dari solar silikon, misalnya, terbatas. Pembuatan masing-masing panel menuntut energi yang cukup besar dan pabrik mahal untuk dibangun. Dan meskipun biaya produksi dapat ditekan sedikit lebih jauh, biaya instalasi tenaga surya sekarang ini didominasi oleh ekstra - instalasi, perkabelan, elektronik dan sebagainya.

Ini berarti bahwa sistem tenaga surya saat ini tidak mungkin memenuhi sebagian kecil yang diperlukan dari persyaratan daya global 30 TeraWatt (TW) kami (saat ini mereka menghasilkan kurang dari 1 TW) cukup cepat untuk mengatasi masalah seperti perubahan iklim.

Demikian pula, teknologi pencahayaan dan tampilan LED kami saat ini terlalu mahal dan kualitas warnanya tidak cukup baik untuk menggantikan pencahayaan tradisional secara realistis dalam jangka waktu yang cukup singkat. Ini adalah masalah, karena pencahayaan saat ini diperhitungkan 5% emisi karbon dunia. Teknologi baru diperlukan untuk mengisi celah ini dengan cepat.

Perovskit halida

Lab kami di Cambridge, Inggris, bekerja dengan keluarga material baru yang menjanjikan yang dikenal sebagai halida perovskit. Mereka adalah semikonduktor, menghantarkan muatan ketika dirangsang dengan cahaya. Tinta perovskit disimpan ke kaca atau plastik untuk membuat film yang sangat tipis - sekitar seperseratus dari lebar rambut manusia - yang terbuat dari logam, halida, dan ion organik. Ketika terjepit di antara kontak elektroda, film-film ini membuat sel surya atau perangkat LED.

Hebatnya, warna cahaya yang mereka serap atau pancarkan dapat diubah hanya dengan mengubah struktur kimianya. Dengan mengubah cara kami menumbuhkannya, kami dapat menyesuaikannya agar lebih sesuai untuk menyerap cahaya (untuk panel surya) atau memancarkan cahaya (untuk LED). Hal ini memungkinkan kami untuk membuat sel surya warna berbeda dan LED yang memancarkan cahaya dari ultra-violet, langsung ke tampak dan inframerah dekat.


Dapatkan Yang Terbaru Dari Diri Sendiri


Meskipun prosesnya murah dan serbaguna, bahan-bahan ini telah terbukti sangat efisien sebagai sel surya dan pemancar cahaya. Sel surya perovskite terkena Efisiensi 25.2% pada 2019, panas di tumit sel silikon kristal sebesar 26.7%, dan LED perovskit sudah ada mendekat pertunjukan light-emitting diode (OLED) organik di luar rak.

Teknologi ini dengan cepat dikomersialkan, khususnya di bagian depan sel surya. Oxford Photovoltaics yang berbasis di Inggris memiliki membangun jalur produksi dan sedang memenuhi pesanan pembelian pertamanya di 2021 awal. Perusahaan Polandia Saule Technologies merilis produk prototipe pada akhir 2018, termasuk a pilot fasad surya perovskite. Pabrikan China Microquanta Semiconductor mengharapkan untuk menghasilkan lebih dari 200,000 meter persegi panel di lini produksinya sebelum akhir tahun. Swift Solar yang berbasis di AS (perusahaan yang saya dirikan bersama) sedang merintis kinerja tinggi sel dengan sifat ringan dan fleksibel.

Tinta pemancar cahaya perovskit berwarna yang dapat dibuang menjadi film tipis.Tinta pemancar cahaya perovskit berwarna yang dapat dibuang menjadi film tipis. © Sandeep Pathak, penulis tersedia

Antara ini dan perusahaan lainnya, sedang terjadi kemajuan pesat.

Jendela surya dan panel fleksibel

Tidak seperti sel silikon konvensional, yang harus sangat seragam untuk efisiensi tinggi, film perovskit terdiri dari mosaik "butiran" dengan ukuran yang sangat bervariasi (dari nano-meter hingga milimeter) dan sifat kimiawi - namun kinerjanya hampir sebaik sel silikon terbaik saat ini. Terlebih lagi, noda kecil atau cacat dalam film perovskit tidak menyebabkan kerugian daya yang signifikan. Cacat seperti itu akan menjadi bencana besar untuk panel silikon atau LED komersial.

Meskipun kami masih mencoba untuk memahami hal ini, materi ini memaksa komunitas untuk menulis ulang buku teks untuk apa yang kami anggap sebagai semikonduktor yang ideal: mereka dapat memiliki sifat optik dan elektronik yang sangat baik meskipun - atau bahkan mungkin karena - gangguan.

Secara hipotetis, kami dapat menggunakan bahan-bahan ini untuk membuat sel surya berwarna "desainer" yang menyatu dengan bangunan atau rumah, atau jendela surya yang terlihat seperti kaca berwarna namun tetap menghasilkan kekuasaan.

Tetapi peluang nyata adalah untuk mengembangkan sel yang sangat efisien melebihi efisiensi sel silikon. Misalnya, kita dapat melapisi dua film perovskit berwarna berbeda bersama-sama dalam a Sel surya “tandem”. Setiap lapisan akan memanen daerah berbeda dari spektrum matahari, meningkatkan efisiensi sel secara keseluruhan.

Contoh lain adalah apa yang dipelopori Oxford PV: menambahkan lapisan perovskit di atas sel silikon standar, meningkatkan efisiensi teknologi yang ada. tanpa biaya tambahan yang signifikan. Pendekatan pelapisan tandem ini dapat dengan cepat membuat file meningkatkan efisiensi panel surya melebihi 30%, yang akan mengurangi biaya panel dan sistem sekaligus juga mengurangi mereka jejak energi.

Lapisan perovskit ini juga sedang dikembangkan untuk pembuatan panel surya fleksibel yang selanjutnya dapat diproses menjadi gulungan seperti kertas koran mengurangi biaya. Tenaga surya yang ringan dan berdaya tinggi juga membuka kemungkinan untuk menggerakkan kendaraan listrik dan satelit komunikasi.

Prototipe sel surya perovskite fleksibel.Prototipe sel surya perovskite fleksibel. Plamen Petkov untuk Scientific American

Untuk LED, perovskit bisa mencapai fantastis kualitas warna yang bisa mengarah ke mahir teknologi layar fleksibel. Perovskit juga bisa memberikan kualitas yang lebih murah dan lebih tinggi pencahayaan putih daripada LED komersial saat ini, dengan "suhu warna" bola dunia yang dapat dibuat untuk memberikan cahaya putih yang sejuk atau hangat atau warna yang diinginkan di antaranya. Mereka juga membangkitkan kegembiraan sebagai landasan untuk membangun komputer kuantum masa depan, sebaik Detektor sinar-X untuk pencitraan medis dan keamanan dosis sangat rendah.

Meski produk pertama sudah bermunculan, masih ada tantangan. Satu masalah utama adalah mendemonstrasikan stabilitas jangka panjang. Tetapi penelitian ini menjanjikan, dan setelah ini diselesaikan, halida perovskit benar-benar dapat mendorong transformasi produksi dan konsumsi energi kita.Percakapan

tentang Penulis

Sam Stranks, Dosen Energi dan Peneliti Universitas Royal Society, University of Cambridge

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Buku terkait

Drawdown: Rencana Komprehensif yang Paling Sering Diusulkan untuk Menghilangkan Pemanasan Global

oleh Paul Hawken dan Tom Steyer
9780143130444Dalam menghadapi ketakutan dan apati yang meluas, sebuah koalisi internasional para peneliti, profesional, dan ilmuwan telah berkumpul untuk menawarkan serangkaian solusi realistis dan berani untuk perubahan iklim. Seratus teknik dan praktik dijelaskan di sini — beberapa diketahui dengan baik; beberapa Anda mungkin belum pernah mendengarnya. Mulai dari energi bersih hingga mendidik anak perempuan di negara berpenghasilan rendah hingga praktik penggunaan lahan yang menarik karbon dari udara. Solusi yang ada, layak secara ekonomi, dan komunitas di seluruh dunia saat ini menerapkannya dengan keterampilan dan tekad. Tersedia di Amazon

Merancang Solusi Iklim: Panduan Kebijakan untuk Energi Karbon Rendah

oleh Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
1610919564Dengan dampak perubahan iklim terhadap kita, kebutuhan untuk memotong emisi gas rumah kaca global tidak kurang dari mendesak. Ini adalah tantangan yang menakutkan, tetapi teknologi dan strategi untuk mengatasinya ada saat ini. Sejumlah kecil kebijakan energi, yang dirancang dan diimplementasikan dengan baik, dapat menempatkan kita pada jalur menuju masa depan rendah karbon. Sistem energi besar dan kompleks, sehingga kebijakan energi harus fokus dan hemat biaya. Pendekatan satu ukuran untuk semua tidak akan menyelesaikan pekerjaan. Pembuat kebijakan membutuhkan sumber daya yang jelas dan komprehensif yang menguraikan kebijakan energi yang akan memiliki dampak terbesar pada masa depan iklim kita, dan menjelaskan cara merancang kebijakan ini dengan baik. Tersedia di Amazon

Ini Semua Perubahan: Kapitalisme vs Iklim

oleh Naomi Klein
1451697392In Ini Semua Perubahan Naomi Klein berpendapat bahwa perubahan iklim bukan hanya masalah lain yang harus diajukan antara pajak dan perawatan kesehatan. Ini adalah alarm yang memanggil kita untuk memperbaiki sistem ekonomi yang sudah gagal dalam banyak hal. Klein dengan cermat membangun kasus tentang seberapa besar pengurangan emisi rumah kaca kita adalah kesempatan terbaik kita untuk secara bersamaan mengurangi kesenjangan yang menganga, membayangkan kembali demokrasi kita yang rusak, dan membangun kembali ekonomi lokal kita yang hancur. Dia mengungkap keputusasaan ideologis dari penyangkal perubahan iklim, delusi mesianis dari calon geoengineer, dan kekalahan tragis dari terlalu banyak inisiatif hijau mainstream. Dan dia menunjukkan dengan tepat mengapa pasar tidak — dan tidak bisa — memperbaiki krisis iklim tetapi malah akan memperburuk keadaan, dengan metode ekstraksi yang semakin ekstrem dan merusak secara ekologis, disertai dengan kapitalisme bencana yang merajalela. Tersedia di Amazon

Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon digunakan untuk membiayai biaya membawa Anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, serta ClimateImpactNews.com tanpa biaya dan tanpa pengiklan yang melacak kebiasaan browsing Anda. Sekalipun Anda mengeklik tautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa pun yang Anda beli dalam kunjungan yang sama di Amazon memberi kami komisi kecil. Tidak ada biaya tambahan untuk Anda, jadi silakan berkontribusi untuk upaya ini. Anda juga bisa menggunakan link ini untuk digunakan ke Amazon kapan saja sehingga Anda dapat membantu mendukung upaya kami.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf di

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Dapatkan Terbaru Dengan Email

{Emailcloak = off}

DARI EDITOR

InnerSelf Newsletter: September 6, 2020
by Innerself Staf
Kita melihat kehidupan melalui lensa persepsi kita. Stephen R. Covey menulis: "Kita melihat dunia, bukan sebagaimana adanya, tetapi sebagaimana kita adanya──atau, sebagaimana kita dikondisikan untuk melihatnya." Jadi minggu ini, kita akan membahas beberapa…
Newsletter InnerSelf: Agustus 30, 2020
by Innerself Staf
Jalan yang kita lalui saat ini sudah tua, namun baru bagi kita. Pengalaman yang kami alami sudah lama, namun juga baru bagi kami. Hal yang sama berlaku untuk…
Ketika Kebenaran Begitu Mengerikan Itu Menyakitkan, Ambil Tindakan
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Di tengah semua kengerian yang terjadi akhir-akhir ini, saya terinspirasi oleh sinar harapan yang bersinar. Orang biasa membela apa yang benar (dan melawan apa yang salah). Pemain bisbol,…
Saat Punggung Anda Menahan Dinding
by Marie T. Russell, InnerSelf
Saya suka internet. Sekarang saya tahu banyak orang mengatakan banyak hal buruk tentangnya, tapi saya menyukainya. Sama seperti saya mencintai orang-orang dalam hidup saya - mereka tidak sempurna, tetapi saya tetap mencintai mereka.
Newsletter InnerSelf: Agustus 23, 2020
by Innerself Staf
Semua orang mungkin setuju bahwa kita hidup di masa yang aneh ... pengalaman baru, sikap baru, tantangan baru. Tetapi kita dapat didorong untuk mengingat bahwa semuanya selalu berubah,…