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 dan 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.

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. © 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. 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.

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
Dalam 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
Dengan dampak perubahan iklim yang sudah menimpa kita, kebutuhan untuk mengurangi emisi gas rumah kaca global sangatlah mendesak. Ini tantangan yang menakutkan, tetapi teknologi dan strategi untuk menghadapinya ada saat ini. Seperangkat kecil kebijakan energi, yang dirancang dan diterapkan dengan baik, dapat membawa kita ke jalan menuju masa depan rendah karbon. Sistem energi itu 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 berdampak 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
In 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, dan 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.