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太陽エネルギーの世界は革命の準備ができています。科学者たちは、今日のパネルよりも効率的に電気を変換できる材料を使用した新しいタイプの太陽電池の開発を競っています。

で 新しい紙 26月XNUMX日、雑誌に掲載 自然エネルギーカリフォルニア大学ボルダー校の研究者とその国際共同研究者らは、ペロブスカイトセルとして知られる新しい太陽電池を製造する革新的な方法を発表した。これは、多くの人が次世代の太陽電池技術と考えているものの商業化にとって極めて重要な成果である。

現在、ほぼすべてのソーラーパネルはシリコンで作られており、その効率は 22% です。これは、シリコンパネルが太陽光の波長の限られた割合しか吸収しないため、シリコンパネルは太陽エネルギーの約XNUMX分のXNUMXしか電気に変換できないことを意味します。シリコンの製造にも費用がかかり、エネルギーを大量に消費します。

ペロブスカイトを入力します。合成半導体材料は、より低い製造コストでシリコンよりも大幅に多くの太陽光発電を変換できる可能性を秘めています。

「ペロブスカイトはゲームチェンジャーになるかもしれない」と、化学生物工学部の教授でボルダー大学の再生可能・持続可能エネルギー研究所の研究員でもあるマイケル・マクギー氏は言う。

科学者たちは、ペロブスカイト太陽電池を従来のシリコン電池の上に積み重ねてタンデム電池を作製することによってテストしてきた。それぞれが太陽のスペクトルの異なる部分を吸収する 50 つの材料を重ねると、パネルの効率が XNUMX% 以上向上する可能性があります。

「私たちは依然として急速な電動化を目の当たりにしており、より多くの車が電気で走行しています。私たちはさらに多くの石炭火力発電所を廃止し、最終的には天然ガス発電所を廃止したいと考えています」とマクギー氏は語った。 「私たちが完全に再生可能な未来を手に入れると信じるなら、風力発電と太陽光発電の市場は現在より少なくとも5倍から10倍に拡大することを計画していることになります。」

そこに到達するには、業界は太陽電池の効率を向上させる必要があると同氏は述べた。

しかし、商業規模でペロブスカイトからそれらを製造する際の大きな課題は、パネルの構成要素であるガラス板上に半導体をコーティングするプロセスである。現在、コーティングプロセスは、ペロブスカイトが酸素と反応して性能が低下するのを防ぐために、窒素などの非反応性ガスで満たされた小さな箱の中で行われなければなりません。

「研究段階では問題ありません。しかし、大きなガラス片のコーティングを始めると、窒素で満たされた箱の中でこれを行うのはますます困難になります」とマクギー氏は言いました。

マクギーと彼の協力者たちは、空気による有害な反応を防ぐ方法を見つけるために着手しました。彼らは、コーティング前にペロブスカイト溶液にギ酸ジメチルアンモニウム (DMAFo) を添加すると、材料の酸化を防ぐことができることを発見しました。この発見により、小さな箱の外側、大気中でコーティングを行うことが可能になりました。実験の結果、DMAFo 添加剤を使用して作成したペロブスカイトセルは、単独でほぼ 25% の効率を達成できることが示されました。これは、ペロブスカイトセルの現在の効率記録である 26% に匹敵します。

この添加剤は細胞の安定性も改善しました。

市販のシリコンパネルは通常、80 年後もその性能の少なくとも 25% を維持できますが、効率は年間約 1% 失われます。ただし、ペロブスカイト細胞は反応性が高く、空気中ではより早く分解します。新しい研究では、DMAFoで作られたペロブスカイトセルは、研究者らが太陽光を模倣したLED光に90時間曝露した後でも、その効率の700%を維持していることが示された。対照的に、DMAFo を使用せずに空気中で作成した細胞は、わずか 300 時間で急速に分解しました。

これは非常に心強い結果ではありますが、8,000 年間にかかる時間は XNUMX 時間にもなる、と同氏は指摘しました。したがって、これらのセルが長時間にわたってどのように耐えられるかを判断するには、より長いテストが必要です。

「シリコンパネルと同じくらい安定していると言うのは時期尚早だが、我々はそれに向けて良い軌道に乗っている」とマクギー氏は語った。

この研究により、ペロブスカイト太陽電池は商業化に一歩近づきました。同時に、McGehee のチームは、実際の効率が 30% 以上で、シリコン パネルと同じ動作寿命を持つタンデム セルの開発を積極的に行っています。

McGehee は、超安定ペロブスカイトを使用した効率的および高度なモジュールのためのタンデム (TEAMUP) と呼ばれる米国の産学パートナーシップを率いています。このコンソーシアムは、他の 9 つの大学、25 つの企業、および XNUMX つの国立研究所の研究者と協力して、実社会で使用可能で商業的に実行可能な安定したタンデム ペロブスカイトを開発するために、昨年米国エネルギー省から XNUMX 万ドルの資金を受けました。目標は、従来のシリコン パネルよりも効率が高く、XNUMX 年間にわたって同様に安定したタンデムを作成することです。

効率が高く、価格が低くなる可能性があるこれらのタンデムセルは、電気自動車の屋根への設置の可能性を含め、既存のシリコンパネルよりも幅広い用途に使用できる可能性があります。太陽の下に放置された車の航続距離は 15 日あたり 25 ～ XNUMX マイル増加する可能性があり、これは多くの人の毎日の通勤をカバーするのに十分です。ドローンやヨットもそのようなパネルから電力を供給できる可能性がある。

70年間にわたるペロブスカイトの研究を経て、エンジニアたちはXNUMX年前に発明されたシリコンセルと同じくらい効率的なペロブスカイトセルを構築したとマクギー氏は語った。 「私たちはペロブスカイトをゴールラインまで引き上げています。タンデムがうまくいけば、市場を支配し、次世代の太陽電池となる可能性があるのは確かだ」と同氏は語った。

礼儀 イヴェイン・イェ & コロラド大学.

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• 情報源： https://cleantechnica.com/2024/03/23/researchers-take-major-step-toward-developing-next-generation-solar-cells/