Saubere Stromversorgung
Veröffentlicht auf 1. August 2020 |
von Tina Casey
1. August 2020 durch Tina Casey
Noch vor wenigen Jahren war kostengünstiges Erdgas die Hauptkraft, die Kohle aus dem Stromerzeugungsmarkt verdrängte, und jetzt schleicht sich kostengünstiger Solarstrom an kostengünstiges Erdgas an. Bisher ist die Konkurrenz ein Rinnsal, keine Flut. Erdgasakteure haben jedoch nicht mehr viel Luft zum Atmen, wie die jüngste Forschung zu Perowskit-Solarzellen zeigt.
Diese neue Perowskit-Solarzellenforschung sollte Erdgasakteure auf die Hügel schicken (Foto zugeschnitten über die UC-San Diego Jacobs School of Engineering).
Warum eine Perowskit-Solarzelle?
Die Kosten für Solarenergie sind bereits von einer Klippe gefallen, hauptsächlich aufgrund von Verbesserungen bei Siliziumsolarzellen Technologie und Fertigungsowie Verbesserungen in der gesamten Wertschöpfungskette von Siliziumsolarzellen. Aus diesem Grund betrachten Energiestakeholder in einigen US-Märkten bereits Solarenergie und hybride Wind-Solar-Konfigurationen als wirtschaftlichere Alternativen zu Erdgas.
Um den Übergang schneller voranzutreiben, müssen die Solarkosten noch weiter und schneller sinken. Das bedeutet, ein Material zu finden, mit dem wirtschaftlicher gearbeitet werden kann als mit Silizium, und hier kommt die Perowskit-Solarzelle ins Spiel.
Für diejenigen unter Ihnen, die mit dem Thema noch nicht vertraut sind, werden Perowskit-Solarzellen aus im Labor gezüchteten kristallinen Materialien hergestellt, die auf der Struktur des natürlich vorkommenden Minerals Perowskit basieren. Sie sind relativ kostengünstig und einfach herzustellen und aufgrund ihrer einzigartigen optischen Eigenschaften ideal für Solaranwendungen.
Perowskite sind erst vor wenigen Jahren als kostengünstiger Ersatz für Silizium aufgetaucht, und die Forschung hat sich rasant weiterentwickelt. Hier in den USA war das Energieministerium eine der treibenden Kräfte für die Verbesserung der Perowskit-Technologie.
Nachdem einige der Probleme behoben wurden, konzentrieren sich die Forscher darauf, die Effizienz der Solarzellenumwandlung zu steigern und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken.
Ein weiterer Durchbruch bei Perowskit-Solarzellen
Einer der Perowskit-Knicke, die noch ausgearbeitet werden, ist der Kompromiss zwischen einfacher Produktion und Solarzelleneffizienz. Bisher konzentrierte sich der größte Teil der Forschung auf eine polykristalline Struktur, da sie leicht in großen Mengen hergestellt werden kann, obwohl Effizienz und Stabilität dabei verloren gehen.
Einkristall-Perowskite sind effizienter und stabiler, aber bisher hat niemand einen Weg gefunden, um den Produktionsprozess aus der Kleinserienphase herauszuholen.
Ein Team von Nanotech-Ingenieure an der University of California in San Diego beschlossen, sich der Einkristall-Herausforderung zu stellen. Der Trick bestand darin, eine Herstellungsmethode zu finden, die sich in einem hochvolumigen und hocheffizienten Fertigungsmodell niederschlagen lässt.
Wie das Sprichwort sagt, fanden sie es genau dort in ihrem eigenen Hinterhof. Das Forschungsteam von UC-San Diego setzte gängige Herstellungsverfahren ein, mit denen die Halbleiterindustrie seit vielen Jahren Einkristallfilme aus Silizium und anderen Materialien herstellt, die in allen Bereichen, von Mobiltelefonen bis hin zu Satelliten, allgegenwärtig sind.
Einkristall-Perowskitfilm, der mit diesem Gerät hergestellt wurde, zeigte "weniger Defekte, höhere Effizienz und verbesserte Stabilität (im Vergleich zu) ihren polykristallinen Gegenstücken" ", schwärmte UC-San Diego letzte Woche in einer Pressemitteilung.
Wie haben sie das gemacht?
Da es kein kostenloses Mittagessen gibt, muss es irgendwo einen Haken geben. Oder vielleicht nicht. Lesen Sie die Studie des Teams im Journal Natur unter dem Titel, "Ein Herstellungsprozess für flexible Einkristall-Perowskit-Bauelemente.„
Ein Teil des schweren Hebens wurde tatsächlich vor zwei Jahren durchgeführt, als das Forschungsteam von UC-San Diego-Professor Sheng Xu einen Weg fand, Standardlithographiemethoden auf Perowskitfilme anzuwenden.
Die Kombination aus Lithographie und Perowskiten ist ein ziemlicher Berg zum Klettern. Einer der großen Probleme im Bereich der Perowskit-Solarzellen ist die Empfindlichkeit gegenüber Wasser, die ein wesentliches Element der Lithographie darstellt.
Die Lösung bestand darin, den Perowskitfilm für den ersten Teil des Prozesses mit einer Schutzschicht abzuschirmen und ihn anschließend in einem Trockenätzschritt zu beenden.
Die neue Forschung nimmt diesen Prozess und verfeinert ihn mit einem Lithographiemaskenmuster, das eine präzise Kontrolle über das Wachstum des Films ermöglicht.
„Die Methode erfordert keine ausgefallenen Geräte oder Techniken – der gesamte Prozess basiert auf der traditionellen Halbleiterherstellung, was auf die Kompatibilität mit bestehenden industriellen Verfahren hinweist“, erklärte der Erstautor der Studie, Yusheng Lei, ein Student der Nanotechnik im Labor von Professor Xu .
Mit ihren Halbleiterwerkzeugen konnte das Forscherteam die Dicke ihres Perowskitfilms im Bereich von 600 Nanometern bis etwa 100 Mikrometern kontrollieren und eine Fläche von 5,5 Quadratzentimetern erreichen.
Die Endbearbeitungsschritte umfassten das Übertragen des intakten Films auf ein zweites Substrat und das Aufbringen einer abgestuften Blei-Zinn-Verbindung.
„Die Legierung von Blei-Zinn-Gradienten ermöglicht die Bildung einer abgestuften elektronischen Bandlücke, die die Trägermobilität erhöht und die Trägerrekombination behindert“, erklärt das neue Forschungspapier. „Geräte, die auf diesen Einkristall-Hybrid-Perowskiten basieren, zeigen nicht nur eine hohe Stabilität gegenüber verschiedenen Degradationsfaktoren, sondern auch eine gute Leistung (z. B. Solarzellen auf Basis von Blei-Zinn-Gradientenstrukturen mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 18,77 Prozent).
Erdgas auf der Flucht vor der Solarzelle der Zukunft
Obwohl die Perowskit-Technologie in den nächsten Jahren möglicherweise nicht weit verbreitet ist, ist all dies für Erdgasakteure schlecht neu. Seit 1956, als die erste kommerzielle Solarzelle zu einem atemberaubenden Preis von 300 US-Dollar pro Watt auf den Markt kam, haben sie einen Vorsprung bei den Kosten.
Jetzt liegen die durchschnittlichen Kosten bei nur 50 Cent pro Watt, die vollständig installierten Kosten für ein ganzes Dach voller Solarmodule betragen durchschnittlich 3,00 USD pro Watt, und einige Analysten gehen davon aus, dass die Erdgasparität in nur wenigen Jahren weit verbreitet ist.
Erdgasakteure verlieren ebenfalls allmählich das Argument der Grundlastkraft, und das schnell das „saubere“ Image aus den Augen verlieren.
Auch wenn am Horizont keine Perowskite erscheinen, ist die Siliziumsolarzelle der Zukunft darauf eingestellt eine weitere Periode erheblichen Kostenrückgangs. Einige Analysten vermuten, dass der COVID-bedingte Rückgang der Nachfrage nach Silizium-Solarmodulen zu einem Überangebot geführt hat, das die Preise bereits gedrückt hat, und dass sich die Auswirkungen auch nach der Erholung der Weltwirtschaft in den nächsten Jahren weiter auswirken werden.
Ein weiterer Faktor, der die Hölzer der Erdgasindustrie erschüttern sollte, ist die Ankündigung von Meyer Burger im letzten Monat, die einen starken neuen Akteur in das Bild der globalen Solarherstellung einbringt, wenn das Letzte, was jemand braucht, mehr Wettbewerb ist.
Hier in den USA ist das Energieministerium auch bestrebt, die Herstellungskosten für Solarzellen zu senken.
Dann ist da noch das ganze Feld von Solar Soft KostenDies umfasst Arbeits-, Marketing-, Genehmigungs-, Netzanschluss- und andere Kosten, die durch eine nationale Energiepolitik gesenkt werden könnten, die Anreize für Solarjobs und andere Elemente der Solarindustrie bietet und diese subventioniert.
Andere Entwicklungen, die den Teppich aus Erdgas ziehen, umfassen eine neu aufgefrischte Solarinitiative der Gemeinde, die vom Energieministerium unterstützt wird und darauf abzielt, jedem US-Haushalt bis 2025 Zugang zu erschwinglichem Solarstrom zu verschaffen. Nicht wirklich.
Darüber hinaus treten bereits mehrere US-Bundesstaaten ein Erhaltung grüner Arbeitsplätze für die COVID-19-Wiederherstellung.
Da der Zyklus der Präsidentschaftswahlen in vollem Gange ist, freuen sich viele US-Wähler auch auf eine stärkere und umweltfreundlichere Ausrichtung nationale Energiepolitik ab 2020 raus. Wünsche uns Glück!
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Foto (beschnitten): „Einkristall-Perowskitfilme könnten mehr ermöglichen effizient flexibel Solarzellen wie die hier abgebildete “, mit freundlicher Genehmigung der Jacob School of Engineering, UC-San Diego.
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Über den Autor
Tina Casey ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, fortschrittliche Technologie, aufkommende Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserprobleme. Die Artikel von Tina werden häufig auf Reuters, Scientific American und vielen anderen Websites erneut veröffentlicht. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @ TinaMCasey und Google+.