categorieën: Aanbevolen artikelen » Interessant elektrisch nieuws
Aantal keer bekeken: 24277
Reacties op het artikel: 1
Perovskiet zonnepanelen
Een stof die al meer dan honderd jaar bij wetenschappers bekend is, pas vandaag, aan het begin van de eenentwintigste eeuw, bleek het veelbelovend te zijn voor de productie van goedkope en effectieve zonnecellen. Perovskiet, of calciumtitanaat, voor het eerst gevonden in de vorm van een mineraal door de Duitse geoloog Gustav Rosa in het Oeralgebergte in 1839, en vernoemd naar graaf Lev Alekseevich Perovsky, een glorieus staatsman en verzamelaar van mineralen, de held van de patriottische oorlog van 1812, bleek de meest geschikte mededinger voor de rol van het alternatief voor silicium bij de productie van zonnecellen.
Als substantie werd calciumtitanaat tot voor kort alleen op grote schaal gebruikt als een diëlektricum voor meerlagige keramische condensatoren. En nu proberen ze het toe te passen om zeer efficiënte zonnepanelen te bouwen, omdat bleek dat dit materiaal perfect licht absorbeert.
Gewoon, lang traditioneel silicium zonnepanelen bij een dikte van 180 micron absorberen ze zoveel licht als perovskiet zal absorberen bij een dikte van slechts 1 micron. Perovskiet is, net als silicium, een halfgeleider en het transporteert elektrische lading op dezelfde manier onder invloed van licht, maar het spectrum van licht omgezet in elektriciteit in perovskiet is breder dan dat van silicium.
De structuur van de kristallijne substantie van calciumtitanaat is identiek aan de structuur van het perovskietmineraal, daarom is hun naam hetzelfde. En het is deze stof die vandaag op een van de leidende plaatsen in de ranglijst van optimalisatiepaden voor zonne-energie staat.
Het ding is dat op silicium gebaseerde zonnepanelen vandaag gemiddeld 75 cent per 1 kW kosten, en op perovskiet gebaseerde zonnepanelen zullen hun kosten verlagen tot 10-15 cent per 1 kW, dat wil zeggen perovskiet zonnetechnologie in 5-7 keer goedkoper dan silicium, zowel bij de productie van batterijen als bij hun werking, en de hoeveelheid geproduceerde elektriciteit is hetzelfde.
En dit ondanks het feit dat analisten uit de energie-industrie beweren dat zonne-energie al voor 50 cent per 1 kW concurrerend wordt met fossiele brandstoffen. Dat wil zeggen, de overgang naar perovskiet op wereldschaal zal de kosten van elektriciteitsproductie meerdere keren verlagen, terwijl het productieproces van de panelen zelf heel eenvoudig zal zijn.
In veel landen worden studies uitgevoerd om de efficiëntie van op perovskiet gebaseerde zonnecellen te evalueren en te verbeteren: in Australië, Martin Green, in Zwitserland, Michael Gretzel, in de VS, Henry Saint, Felix Deshler, Leaming Day en Korea, Sok Sang Il. Onderzoekers zeggen met één stem over de lage kosten en hoge efficiëntie van veelbelovende technologie.
Michael Gretzel beweert dat zijn efficiëntie van 15% gemakkelijk kan worden verhoogd tot 25%, en goedkope zonnecellen van de momenteel beschikbare bereiken niet 15%. Voor het eerst, in 2009, toen ze het net hadden over de mogelijkheden om perovskiet te gebruiken voor zonne-energie, werd een rendement van 3,5% verkregen en waren de cellen van korte duur, omdat de vloeibare elektrolyt perovskiet oploste, en zodra wetenschappers tijd hadden om te meten, stopte de batterij.
Na drie jaar werd de vloeibare elektrolyt echter vervangen door een vaste elektrolyt en werden de cellen stabieler, en de efficiëntie verdubbelde eerst en vervolgens weer verdubbeld. Verschillende elektrisch geleidende substraatlagen, waarvan er één gepigmenteerd was, hebben het probleem opgelost en het perspectief geopend. Stappen om de efficiëntie te verbeteren stoppen niet tot op de dag van vandaag, wetenschappers gebruiken onder andere standaardoptimalisatiemethoden die dienden om siliciumprecursoren te verbeteren.
Michael Gretzel is er zeker van dat 25% efficiëntie zal leiden tot een revolutie in zonne-energie.Een professor uit Australië, Martin Green, een van de pioniers in onderzoek, beweert dat siliciumvrije batterijen zo eenvoudig te produceren en efficiënt te bedienen zijn dat er zeker vertrouwen is dat de toekomst van zonnepanelen op Perovskite helder is, omdat voorlopige schattingen al een enorme prijsreductie voorspellen - bij 7 tijd.
Een groep onderzoekers uit Korea, geleid door Sok Sang Il, ontwikkelde hun eigen formule door loodammoniumbromide te mengen met loodformamidinejodide, wetenschappers bereikten een dergelijke perovskietstructuur dat ze een recordefficiëntie van 17,9% bereikten. Door het mengsel te gebruiken, kunnen zonnecellen worden bedrukt en worden hun kosten verder verlaagd. Het probleem blijft bestaan - het materiaal lost op in water, bovendien is de grootte van de cellen in de tests niet groter dan 10 vierkante mm, dus het onderzoek gaat door.
Het productieproces van perovskietzonnecellen lijkt onderzoekers vrij eenvoudig. De vloeistof wordt eenvoudig op het oppervlak gesproeid of in de vorm van stoom aangebracht, wat technologisch heel eenvoudig te realiseren is. Verschillende lagen materiaal worden op metaalfolie of glas aangebracht, waarvan er één perovskiet is.
Andere materialen zijn hier nodig om de beweging van elektronen binnen het element te vergemakkelijken. Het productieproces is bijna ideaal. De fysicus van Oxford University, Henry Saint, die werkt aan de ontwikkeling van perovskietcellen in de Verenigde Staten, is ervan overtuigd dat de lagen van het zonnepaneel net zo gemakkelijk kunnen worden aangebracht als bij elke oppervlakteschildering.
Ondanks de opkomende vooruitzichten waren wetenschappers verdeeld in twee kampen. De eerste pleit voor de verbetering van siliconenbatterijen die al traditioneel zijn geworden, terwijl de andere pleiten voor het creëren van volledig nieuwe, efficiëntere batterijen. Dus, Martin Green gelooft dat perovskiet kan worden gebruikt als aanvulling op siliconenbatterijen, waarbij silicium wordt gecombineerd met perovskiet, en dus de kosten van een geproduceerde watt elektriciteit verminderen zonder significante verliezen voor de siliciumindustrie. Michael Gretzel is er daarentegen van overtuigd dat nieuwe ontwikkelingen belangrijk zijn en dat de kosten van het verhogen van de efficiëntie van nieuwe fotocellen vele malen vruchten zullen afwerpen.
Veel bedrijven zijn al bezig met de commerciële implementatie van het product, want ondanks het feit dat de mogelijkheden van perovskite net beginnen te worden gerealiseerd, hebben toonaangevende experts op het gebied van zonne-energie hun aandacht al op de toekomst gericht. Australische en Turkse bedrijven hebben samen actief de commercialisering van perovskiet zonnepanelen benaderd en volgens voorspellingen zullen ze tegen 2018 op de wereldmarkt worden gepresenteerd.
Ondanks het optimisme van sommige bedrijven, leert de ervaring dat het meestal tien jaar duurt voordat een nieuwe technologie van het laboratorium naar de markt gaat, en gedurende deze tijd kunnen siliconenbatterijen perovskiet goed inhalen. Gretzel verkoopt trouwens een licentie voor nieuwe technologie aan bedrijven die de traditionele manier van silicium willen volgen.
De concurrentie op de markt voor zonne-energie is ook groot en elke nieuwe speler wordt ermee geconfronteerd. De kosten van siliciumpanelen zijn verlaagd en volgens sommige analisten kan het dalen tot 25 cent per 1 kW, waardoor de voordelen van perovskiettechnologie volledig worden ontnomen.
De aanwezigheid van een kleine hoeveelheid lood in het pigment, dat giftig is, blijft een probleem. Experimentele studies komen eraan die onthullen hoe giftig perovskiet is. Het is de moeite waard aandacht te schenken aan de verwijdering van gebruikte batterijen, zoals het geval is bij startaccu's. Maar in principe kan tin of iets dergelijks worden gebruikt in plaats van lood.
Ondertussen begonnen onderzoekers uit Ohio, geleid door Leaming Dai, elektrische auto's te elektrisch maken met behulp van perovskiet zonnepanelen. Ze ontwikkelden de meest voordelige combinatie van zonnepanelen met elektrische autobatterijen dan ooit tevoren.
Door vier perovskietbatterijen op een lithiumbatterij aan te sluiten, bereikten wetenschappers een efficiëntie van 7,8% in de meest efficiënte configuratie tot nu toe, die eerdere oplossingen overtrof voor het combineren van zonnecellen met supercondensatoren en batterijen.
Meerlagige panelen hebben de dichtheid en stabiliteit van energie die van de zon wordt ontvangen, verhoogd. Tests hebben aangetoond dat drie lagen perovskiet worden omgezet, indien gewenst, in één film. Met een eencellig gebied van niet meer dan 10 vierkante mm bereikten de onderzoekers een efficiëntie van 12,65% van een convertor ter grootte van een munt, maar rekening houdend met de conversie en opslag van energie, was de efficiëntie 7,8% in cyclische modus.
Zulke systemen zullen volgens ontwikkelaars in de toekomst niet alleen in staat zijn om elektrische auto's op te laden, maar zullen ook worden geïnstalleerd in de vorm van een flexibele film op carrosserieën. De technologie lijkt ideaal voor elektrische voertuigen.
Opvallend is het vermogen van perovskiet om terug te geven. Een wetenschapper aan de Universiteit van Cambridge, Felix Deschler, ontdekte dat perovskiet een unieke eigenschap heeft. Wanneer licht het materiaal binnenkomt, wordt de fotonenergie niet alleen omgezet in elektriciteit, een deel van de lading wordt weer omgezet in fotonen.
Als het paneel deze fotonen opnieuw kan gebruiken, wordt de verzamelde energie nog groter. De groep van Deshler voerde een experiment uit waarbij de laserstraal werd geconcentreerd op een 0,5 micron dikke perovskietsectie en elders in het monster licht opnieuw werd uitgezonden. Silicium heeft bijvoorbeeld niet de mogelijkheid om energie in zichzelf over te dragen en opnieuw uit te zenden.
De vooruitzichten voor perovskiet zijn dus enorm, en wie weet, het kan net rond de tijd zijn dat elk huis en elke auto worden uitgerust met perovskiet-batterijen, omdat het economisch onrendabel wordt en het niet raadzaam is om het milieu te vervuilen met fossiele brandstofverbrandingsproducten.
Zie ook op electro-nl.tomathouse.com
: