कैसे नई सौर और प्रकाश प्रौद्योगिकी एक अक्षय ऊर्जा परिवर्तन को आगे बढ़ा सकती है

कैसे नई सौर और प्रकाश प्रौद्योगिकी एक अक्षय ऊर्जा परिवर्तन को आगे बढ़ा सकती है
वर्तमान सौर तकनीकें पर्याप्त अच्छी नहीं हैं।
एंटोनियो गार्सिया अनसप्लाश पर, FAL

सस्ता, हरियाली बिजली की मांग का मतलब है कि ऊर्जा परिदृश्य इतिहास में किसी भी अन्य बिंदु की तुलना में तेजी से बदल रहा है। यह विशेष रूप से सच है सौर ऊर्जा से चलने वाली बिजली तथा बैटरी भंडारण। दोनों की लागत पिछले दशक में अभूतपूर्व दरों और ऊर्जा कुशल प्रौद्योगिकियों जैसे कि कम हो गई है एलईडी प्रकाश व्यवस्था का विस्तार भी किया है।

सस्ते और सर्वव्यापी सौर ऊर्जा और भंडारण तक पहुंच हमारे द्वारा उत्पादन और उपयोग करने के तरीके को बदल देगी, जिससे परिवहन क्षेत्र का विद्युतीकरण होगा। नई रासायनिक आधारित अर्थव्यवस्थाओं की संभावना है जिसमें हम ईंधन के रूप में अक्षय ऊर्जा का भंडारण करें, और नए उपकरणों का समर्थन "चीजों की इंटरनेट".

लेकिन हमारी वर्तमान ऊर्जा प्रौद्योगिकियां हमें इस भविष्य की ओर नहीं ले जाएंगी: हम जल्द ही दक्षता और लागत सीमा को प्रभावित करेंगे। भावी कटौती के लिए संभावित उदाहरण के लिए, सिलिकॉन सौर से बिजली की लागत सीमित है। प्रत्येक पैनल का निर्माण ऊर्जा और कारखानों की उचित मात्रा की मांग करता है बनाने के लिए महंगा है। और यद्यपि उत्पादन की लागत को थोड़ा और निचोड़ा जा सकता है, लेकिन एक सौर स्थापना की लागत अब है एक्सट्रा पर हावी है - स्थापना, तारों, इलेक्ट्रॉनिक्स और इतने पर।

इसका मतलब यह है कि वर्तमान सौर ऊर्जा प्रणालियों को हमारे 30 तारावट (TW) वैश्विक बिजली आवश्यकताओं के आवश्यक अंश को पूरा करने की संभावना नहीं है (वे आज 1 TW से कम उत्पादन करते हैं) काफी तेज़ जलवायु परिवर्तन जैसे मुद्दों को हल करने के लिए।

इसी तरह, हमारी वर्तमान एलईडी प्रकाश व्यवस्था और प्रदर्शन प्रौद्योगिकियां बहुत महंगी हैं और रंग की गुणवत्ता को वास्तविक रूप से कम समय के लिए पर्याप्त रूप से बदलने के लिए अच्छी गुणवत्ता का नहीं है। यह एक समस्या है, क्योंकि वर्तमान में प्रकाश व्यवस्था का हिसाब है 5% दुनिया के कार्बन उत्सर्जन में। इस अंतर को भरने के लिए नई तकनीकों की आवश्यकता है, और जल्दी से।

Halide perovskites

कैंब्रिज में हमारी लैब, इंग्लैंड, सामग्री के एक होनहार नए परिवार के साथ काम कर रहा है हिरोइड्स पेरोसाइट्स। वे अर्धचालक होते हैं, प्रकाश के साथ उत्तेजित होने पर आवेशों का संचालन करते हैं। पेर्कोव्साइट स्याही को बेहद पतली फिल्मों को बनाने के लिए कांच या प्लास्टिक पर जमा किया जाता है - मानव बाल की चौड़ाई का लगभग सौवां हिस्सा - धातु, हलाइड और कार्बनिक आयनों से बना होता है। जब इलेक्ट्रोड संपर्कों के बीच सैंडविच किया जाता है, तो ये फिल्में बनाते हैं सौर सेल या एलईडी डिवाइस.

आश्चर्यजनक रूप से, उनके द्वारा अवशोषित या उत्सर्जित प्रकाश का रंग केवल उनकी रासायनिक संरचना को बदलकर बदला जा सकता है। हमारे द्वारा विकसित करने के तरीके को बदलकर, हम उन्हें प्रकाश को अवशोषित करने के लिए (एक सौर पैनल के लिए) या उत्सर्जक प्रकाश (एक एलईडी के लिए) के लिए अधिक उपयुक्त होने के लिए दर्जी कर सकते हैं। यह हमें अल्ट्रा-वायलेट से अलग-अलग रंग की सौर कोशिकाओं और एलईडी को प्रकाश में लाने की अनुमति देता है, जो दृश्य और निकट-अवरक्त के माध्यम से सही होती है।


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उनके सस्ते और बहुमुखी प्रसंस्करण के बावजूद, इन सामग्रियों को सौर कोशिकाओं और प्रकाश उत्सर्जक दोनों के रूप में उल्लेखनीय रूप से कुशल दिखाया गया है। Perovskite सौर कोशिकाओं मारा 25.2 में 2019% दक्षता, 26.7% पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं की ऊँची एड़ी के जूते पर गर्म, और पेर्वोसाइट एलईडी पहले से ही हैं ऑफ-द-शेल्फ कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (ओएलईडी) प्रदर्शन।

ये तकनीकें हैं तेजी से व्यवसायीकरण किया जा रहा हैविशेष रूप से सौर सेल के मोर्चे पर। ब्रिटेन स्थित ऑक्सफोर्ड फोटोवोल्टिक्स के पास है एक उत्पादन लाइन का निर्माण किया और इसके पहले खरीद आदेशों को भर रहा है 2021 में प्रारंभ में। पोलिश कंपनी सॉले टेक्नोलॉजीज ने 2018 के अंत में प्रोटोटाइप उत्पाद जारी किए, जिसमें ए भी शामिल है perovskite सौर अग्रभाग पायलट। चीनी निर्माता माइक्रोकंटा सेमीकंडक्टर से अधिक उत्पादन की उम्मीद है 200,000 वर्ग मीटर साल के अंत से पहले इसकी उत्पादन लाइन में पैनल। अमेरिका स्थित स्विफ्ट सोलर (एक कंपनी जिसकी मैंने सह-स्थापना की) अग्रणी है उच्च प्रदर्शन हल्के, लचीले गुणों वाली कोशिकाएं।

रंगीन perovskite प्रकाश उत्सर्जक स्याही है कि पतली फिल्मों में डाली जा सकती है।रंगीन perovskite प्रकाश उत्सर्जक स्याही है कि पतली फिल्मों में डाली जा सकती है। © संदीप पाठक, लेखक प्रदान की

के बीच इन और अन्य कंपनियों, वहाँ तेजी से प्रगति की जा रही है।

सौर खिड़कियां और लचीले पैनल

पारंपरिक सिलिकॉन कोशिकाओं के विपरीत, जिसमें उच्च दक्षता के लिए बहुत समान होने की आवश्यकता होती है, पेरोसाइट फिल्मों का समावेश होता है मोज़ेक "अनाज" अत्यधिक परिवर्तनशील आकार (नैनो-मीटर से मिलीमीटर तक) और रसायन विज्ञान - और फिर भी वे आज भी लगभग सर्वश्रेष्ठ सिलिकॉन कोशिकाओं का प्रदर्शन करते हैं। क्या अधिक है, छोटे blemishes या दोष के पर्कोव्इट फिल्मों में महत्वपूर्ण बिजली नुकसान नहीं होता है। इस तरह के दोष एक सिलिकॉन पैनल या एक वाणिज्यिक एलईडी के लिए विनाशकारी होंगे।

यद्यपि हम अभी भी इसे समझने की कोशिश कर रहे हैं, ये सामग्रियां समुदाय को पाठ्यपुस्तक को फिर से लिखने के लिए मजबूर कर रही हैं, जिसे हम एक आदर्श अर्धचालक के रूप में मानते हैं: उनके पास बहुत अच्छे ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक गुण हो सकते हैं - या शायद इसलिए भी - विकार.

हम काल्पनिक रूप से इन सामग्रियों का उपयोग "डिज़ाइनर" रंगीन सौर कोशिकाओं को बनाने के लिए कर सकते हैं जो इमारतों या घरों में मिश्रण करते हैं, या सौर खिड़कियां जो कि रंगा हुआ ग्लास जैसा दिखता है, अभी तक उत्पन्न करती हैं। बिजली.

लेकिन असली मौका सिलिकॉन कोशिकाओं की दक्षता से परे अत्यधिक कुशल कोशिकाओं को विकसित करने का है। उदाहरण के लिए, हम एक में दो अलग-अलग रंगीन पेरोविसाइट फिल्मों को एक साथ परत कर सकते हैं "अग्रानुक्रम" सौर सेल। प्रत्येक परत सौर स्पेक्ट्रम के विभिन्न क्षेत्रों की कटाई करेगी, जिससे सेल की समग्र दक्षता बढ़ जाएगी।

एक और उदाहरण है कि ऑक्सफोर्ड पीवी अग्रणी हैं: एक मानक सिलिकॉन सेल के शीर्ष पर एक पेकोव्साइट परत जोड़ना, मौजूदा प्रौद्योगिकी की दक्षता को बढ़ाता है। महत्वपूर्ण अतिरिक्त लागत के बिना। इन अग्रानुक्रम लेयरिंग दृष्टिकोण जल्दी से एक बना सकते हैं दक्षता में वृद्धि 30% से अधिक सौर पैनल, जो पैनल और सिस्टम लागत दोनों को कम करते हैं और साथ ही उनकी कमी को भी कम करते हैं ऊर्जा पदचिह्न.

इन पर्कोव्साइट परतों को लचीले सौर पैनलों के निर्माण के लिए भी विकसित किया जा रहा है, जिसे आगे अखबारी कागज की तरह रोल करने के लिए संसाधित किया जा सकता है लागत कम करना। लाइटवेट, हाई-पावर सोलर भी इलेक्ट्रिक वाहनों और संचार उपग्रहों को बिजली देने की संभावनाओं को खोलता है।

फ्लेक्सिबल पेरोसाइट प्रोटोटाइप सौर सेल।फ्लेक्सिबल पेरोसाइट प्रोटोटाइप सौर सेल। वैज्ञानिक अमेरिकी के लिए प्लामेन पेटकोव

एल ई डी के लिए, पेरोवोसाइट्स शानदार हासिल कर सकते हैं रंग की गुणवत्ता जो आगे बढ़ सके लचीला प्रदर्शन प्रौद्योगिकियों। Perovskites भी सस्ता, उच्च गुणवत्ता दे सकता है सफेद प्रकाश आज के व्यावसायिक एल ई डी की तुलना में, एक विश्व के "रंग तापमान" के साथ शांत या गर्म सफेद रोशनी या बीच में किसी भी वांछित छाया देने के लिए निर्मित किया जा सकता है। वे निर्माण ब्लॉक के रूप में उत्साह भी पैदा कर रहे हैं भविष्य क्वांटम कंप्यूटर, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एक्स-रे डिटेक्टर बेहद कम खुराक वाली चिकित्सा और सुरक्षा इमेजिंग के लिए।

हालांकि पहले उत्पाद पहले से ही उभर रहे हैं, फिर भी चुनौतियां हैं। एक प्रमुख मुद्दा प्रदर्शन कर रहा है दीर्घकालिक स्थिरता। लेकिन अनुसंधान आशाजनक है, और एक बार ये हल हो जाते हैं, हलाइड पेरोसाइट्स वास्तव में हमारी ऊर्जा उत्पादन और खपत के परिवर्तन को बढ़ा सकते हैं।वार्तालाप

लेखक के बारे में

सैम स्ट्रैंक्स, लेक्चरर इन एनर्जी एंड रॉयल सोसाइटी यूनिवर्सिटी रिसर्च फेलो, यूनिवर्सिटी ऑफ कैंब्रिज

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

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