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エネルギー ソリューション フォーラムでの太陽エネルギーの効率化とアクセス可能化に関するディスカッション

先週、国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) のソーラー パネル科学者であるジョーイ ルーサーが、理工学部が主催するエネルギー ソリューション フォーラムの一環としてキャンパスにいました。

NREL でのルーサーの研究は、化学と工学を使用してソーラー パネルの効率を改善することに重点を置いています。

「私のキャリアの初めには、ソーラーはエネルギー生産の非常に小さな分野でしたが、私のキャリアを通じて途方もなく成長しました」とルーサーは言いました。「ソーラーが従来の化石燃料による電気よりも安くなる道のりの一部であることは、本当にエキサイティングなことです。」

Luther は、ペロブスカイト半導体と量子ドット太陽電池の両方を研究しています。ペロブスカイトはハイブリッド半導体の新しいクラスを形成する塩であり、量子ドットはナノスケールの半導体であり、原子数は 1,000 ほどです。Luther はまた、これら 2 種類の太陽電池を組み合わせて、ペロブスカイト量子ドット太陽電池を作成しました。

今日の商用ソーラー パネルは、エネルギー効率を犠牲にして熱を発生させます。ペロブスカイト半導体と量子ドット太陽電池はどちらも、熱ではなく電気の形ではるかに多くのエネルギーを保持できる独自の特性を持っています。

ペロブスカイトは、何百年も前から知られている結晶構造であり、何千もの異なる組成で見つけることができます。ハロゲン化ペロブスカイトは、わずか 10 年前にソーラー パネル技術に適用できることが発見されて以来、非常に普及しています。Luther は、特にハロゲン化鉛の有機無機ペロブスカイトを研究しています。この半導体システムは欠陥に耐えることができます。つまり、いくつかの原子が適切な場所にない場合でも、問題なく機能します。これにより、効率的なソーラー パネルの製造がより実現可能になり、ソーラー パネルをはるかに高速に製造できるようになり、コスト削減につながります。

さらに、ペロブスカイトは展開が簡単です。研究者は、結晶半導体を液体に入れ、液体を表面に広げ、紙にインクを塗るように乾燥させることができました。ペロブスカイトの「インク」の層は、有用な半導体になります。

このシンプルなデザインを思いついた後、研究者はシリコンとペロブスカイト パネルを組み合わせることを考えました。技術を組み合わせることにより、ペロブスカイト/シリコン タンデム太陽電池は最大 32.9% の効率で製造されています。

関連リンク

  • エネルギーソリューションフォーラムのウェブサイト

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「基本的に、デバイスの上部にいくつかの層とインクコーティングを追加するだけで、シリコンパネル単独よりも 50% 多い電力を生成するパネルを作成できます」と Luther 氏は述べています。

ここ数年の進歩にもかかわらず、これらの新しいソーラー技術はまだいくつかの課題に直面しています。1つ目は、使用されるさまざまな溶剤とソーラーパネルでの鉛の使用による環境への影響です。Luther は鉛が理想的ではないことを認めていますが、考慮すべき適切な分析はより複雑であると指摘しています。その分析では、製品の構成とリサイクル能力に加えて、長期間の運用による炭素排出量の削減を考慮する必要があります。

もう 1 つの課題は、ソーラー パネルの長期的な動作安定性です。NREL の科学者が取り組んでいるソーラー パネルは、非常に低コストで非常に効率的です。しかし、市場に出回っている多くのシリコン ソーラー パネルの保証期間は 25 ~ 30 年であり、50 年まで延長しようとしています。つまり、新しいソーラー技術は、メンテナンスなしでシリコンパネルと同じくらい長持ちすることが期待されています。

「これは、どの電子デバイスでも行うのが非常に難しいことです」と Luther 氏は言います。「あなたのコンピューターが 50 年も持つとは思わないでしょう?しかも室内保管です。雨、雪、日差しの中で、非常に過酷な条件下でコンピュータを屋外に置いて、50 年間使用しなければならなかったと想像してみてください。」

Luther 氏は、ペロブスカイト太陽電池が直面する寿命競争は、彼と彼の同僚が克服しようとしている最大の課題であると述べました。彼は、太陽電池が気候変動との闘いに変化をもたらすことを期待しています。エネルギー ソリューション フォーラムの目標は、科学者が分野に関係なく独自の研究で気候問題の解決策を追求し、クリーンな再生可能エネルギーを標準にすることを奨励することです。

「そこにたどり着く唯一の技術はないと思います」とルーサーは言いました。「これほど大規模に行うつもりはないものでさえ、長期的には非常に有意義なものになる可能性はまだあると思います。」

(リンク:https://www.unr.edu/nevada-today/news/2023/esf-joey-luther)

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