Come possiamo ottenere ancora più energia dal sole

Pannelli solari su un tetto di Walmart, Mountain View, California. Walmart / Flickr, CC BYPannelli solari su un tetto di Walmart, Mountain View, California.
Walmart / Flickr, CC BY

La domanda globale di energia aumenta di ora in ora, mentre i paesi in via di sviluppo si muovono verso l'industrializzazione. Gli esperti stimano che entro l'anno 2050 potrebbe raggiungere la domanda mondiale di elettricità 30 terawatts (TW). Per prospettiva, un terawatt è all'incirca uguale alla potenza di 1.3 miliardi di cavalli.

L'energia del sole non ha limiti: il sole ci offre 120,000 TW di energia in un dato istante - ed è gratuito. Ma oggi l'energia solare fornisce solo circa l'uno per cento dell'elettricità mondiale. La sfida cruciale sta rendendo meno costoso convertire l'energia fotoelettrica in energia elettrica utilizzabile.

Per fare ciò, dobbiamo trovare materiali che assorbano la luce del sole e convertirli in elettricità in modo efficiente. Inoltre, vogliamo che questi materiali siano abbondanti, rispettosi dell'ambiente e convenienti da fabbricare in dispositivi solari.

I ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando per sviluppare tecnologie di celle solari che siano efficienti e convenienti. L'obiettivo è di portare il costo di installazione dell'elettricità solare al di sotto di US $ 1 per watt, rispetto a circa $ 3 per watt oggi.

A Binghamton University Centro per l'energia solare autonoma (CASP), stiamo studiando i modi per realizzare celle solari a film sottile usando materiali che sono abbondanti in natura e non tossici. Vogliamo sviluppare celle solari affidabili, altamente efficienti nel convertire la luce solare in elettricità e poco costose da produrre. Abbiamo identificato due materiali che hanno un grande potenziale come assorbitori solari: la pirite, meglio conosciuta come l'oro dello stolto a causa della sua lucentezza metallica; e rame-zinco-stagno-solfuro (CZTS).

Cerco il materiale ideale

Le celle solari commerciali di oggi sono realizzate con uno dei tre materiali: silicio, tellururo di cadmio (CdTe) e rame-indio-gallio-selenide (CIGS). Ognuno ha punti di forza e di debolezza.

Le celle solari al silicio sono altamente efficienti, convertendo fino a 25 per cento della luce del sole che cade su di loro in energia elettrica e molto resistente. Tuttavia, è molto costoso elaborare il silicio nei wafer. E questi wafer devono essere molto spessi (circa 0.3 millimetri, che è spesso per le celle solari) per assorbire tutta la luce del sole che cade su di loro, il che aumenta ulteriormente i costi.

Le celle solari in silicio - spesso indicate come celle solari di prima generazione - sono utilizzate nei pannelli che sono diventati viste familiari sui tetti. Il nostro centro sta studiando un altro tipo chiamato celle solari a film sottile, che rappresentano la prossima generazione di tecnologia solare. Come suggerisce il nome, le celle solari a film sottile sono realizzate mettendo un sottile strato di materiale assorbente solare su un substrato, come vetro o plastica, che in genere può essere flessibile.

Queste celle solari usano meno materiale, quindi sono meno costose delle celle solari cristalline prodotte con silicio. Non è possibile rivestire il silicio cristallino su un substrato flessibile, quindi abbiamo bisogno di un materiale diverso da utilizzare come assorbitore solare.

Sebbene la tecnologia solare a film sottile stia migliorando rapidamente, alcuni dei materiali nelle odierne celle solari a film sottile sono scarsi o pericolosi. Ad esempio, il cadmio in CdTe è altamente tossico per tutti gli esseri viventi ed è noto per causare il cancro negli esseri umani. CdTe può separare il cadmio e il tellurio ad alte temperature (ad esempio in un laboratorio o in un incendio domestico), ponendo un serio rischio di inalazione.

Stiamo lavorando con pirite e CZTS perché sono atossici e molto economici. CZTS costa circa 0.005 centesimi per watt e costi di pirite un semplice centesimo 0.000002 per watt. Sono anche tra i materiali più abbondanti nella crosta terrestre e assorbono lo spettro visibile del sole in modo efficiente. Questi film possono essere sottili come 1 / 1000th di un millimetro.

Test delle celle solari CZTS sotto la luce solare simulata. Tara Dhakal / Binghamton University, Autore fornito Test delle celle solari CZTS sotto la luce solare simulata.
Tara Dhakal / Binghamton University, Autore fornito
Abbiamo bisogno di cristallizzare questi materiali prima che possiamo fabbricarli in celle solari. Questo viene fatto riscaldandoli. CZTS cristallizza a temperature sotto 600 gradi Celsius, rispetto a 1,200 gradi Celsius o superiore per il silicio, il che rende meno costoso il processo. Funziona molto come le celle solari in rame indio al gallio indio (CIGS) ad alta efficienza, che sono attualmente disponibili in commercio, ma sostituisce l'indio e il gallio in queste cellule con zinco e stagno più economici e più abbondanti.

Finora, tuttavia, le celle solari CZTS sono relativamente inefficienti: convertono meno di 13 per cento della luce del sole che cade su di loro per l'elettricità, rispetto al 20 per cento per le celle solari CIGS più costose.

Sappiamo che le celle solari CZTS hanno un potenziale per essere efficienti per cento 30. Le principali sfide sono 1) che sintetizza film sottile CZTS di alta qualità senza tracce di impurità e 2) che trova un materiale adatto per lo strato "tampone" sottostante, che aiuta a raccogliere le cariche elettriche create dalla luce solare nello strato assorbente. Il nostro laboratorio ha prodotto un film sottile CZTS con sette per cento di efficienza; speriamo di avvicinarci presto all'efficienza percentuale di 15 sintetizzando strati CZTS di alta qualità e trovando strati tampone adeguati.

Struttura di una cella solare CZTS. Tara Dhakal / Binghamton University, Autore fornitoStruttura di una cella solare CZTS.
Tara Dhakal / Binghamton Univ., Autore fornito
La pirite è un altro potenziale assorbitore che può essere sintetizzato a temperature molto basse. Il nostro laboratorio ha sintetizzato pellicole sottili di pirite e ora stiamo lavorando per stratificare quei film in celle solari. Questo processo è difficile perché la pirite si rompe facilmente quando viene esposta al calore e all'umidità. Stiamo studiando modi per renderlo più stabile senza influire sul suo assorbimento solare e sulle proprietà meccaniche. Se riusciamo a risolvere questo problema, "l'oro del folle" potrebbe trasformarsi in un dispositivo fotovoltaico intelligente.

In un recente studio, i ricercatori della Stanford University e della University of California a Berkeley hanno stimato che l'energia solare potrebbe fornire fino al 45 per cento dell'elettricità degli Stati Uniti da 2050. Per raggiungere questo obiettivo, dobbiamo continuare a ridurre il costo dell'energia solare e trovare modi per rendere le celle solari più sostenibili. Crediamo che i materiali abbondanti e non tossici siano la chiave per realizzare il potenziale dell'energia solare.

Circa l'autore

dhakal taraTara P. Dhakal, ricercatrice di ingegneria elettrica e informatica, Binghamton University, State University di New York. Il suo interesse di ricerca riguarda le energie rinnovabili, in particolare l'energia solare. Il suo obiettivo di ricerca è raggiungere la tecnologia delle celle solari che sia ecologicamente favorevole ed economicamente conveniente.

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

libri correlati

Mercato InnerSelf

Amazon

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

segui InnerSelf su

facebook icontwitter iconicona di YouTubeicona di instagramicona pintresticona rss

 Ricevi l'ultimo tramite e-mail

Rivista settimanale Ispirazione quotidiana

ULTIMI VIDEO

La grande migrazione climatica è iniziata
La grande migrazione climatica è iniziata
by Super User
La crisi climatica sta costringendo migliaia di persone in tutto il mondo a fuggire poiché le loro case diventano sempre più inabitabili.
L'ultima era glaciale ci dice perché dobbiamo preoccuparci di un cambiamento di temperatura di 2 ℃
L'ultima era glaciale ci dice perché dobbiamo preoccuparci di un cambiamento di temperatura di 2 ℃
by Alan N Williams, e altri
L'ultimo rapporto dell'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) afferma che senza una sostanziale riduzione ...
La Terra è rimasta abitabile per miliardi di anni: esattamente quanto siamo stati fortunati?
La Terra è rimasta abitabile per miliardi di anni: esattamente quanto siamo stati fortunati?
by Toby Tyrrell
L'evoluzione ha impiegato 3 o 4 miliardi di anni per produrre Homo sapiens. Se il clima fosse completamente fallito solo una volta in quel ...
In che modo la mappatura del tempo 12,000 anni fa può aiutare a prevedere i futuri cambiamenti climatici
In che modo la mappatura del tempo 12,000 anni fa può aiutare a prevedere i futuri cambiamenti climatici
by Brice Rea
La fine dell'ultima era glaciale, circa 12,000 anni fa, è stata caratterizzata da un'ultima fase fredda chiamata Younger Dryas ...
Il Mar Caspio dovrebbe scendere di 9 metri o più questo secolo
Il Mar Caspio dovrebbe scendere di 9 metri o più questo secolo
by Frank Wesselingh e Matteo Lattuada
Immagina di essere sulla costa, guardando il mare. Di fronte a te ci sono 100 metri di sabbia sterile che sembra un ...
Venere era ancora una volta simile alla Terra, ma i cambiamenti climatici l'hanno resa inabitabile
Venere era ancora una volta simile alla Terra, ma i cambiamenti climatici l'hanno resa inabitabile
by Richard Ernst
Possiamo imparare molto sul cambiamento climatico da Venere, il nostro pianeta gemello. Venere ha attualmente una temperatura superficiale di ...
Cinque incredulità sul clima: un corso accelerato sulla disinformazione sul clima
Le cinque incredulità sul clima: un corso accelerato sulla disinformazione sul clima
by John Cook
Questo video è un corso accelerato sulla disinformazione sul clima, che riassume gli argomenti chiave utilizzati per mettere in dubbio la realtà ...
L'Artico non è così caldo da 3 milioni di anni e questo significa grandi cambiamenti per il pianeta
L'Artico non è così caldo da 3 milioni di anni e questo significa grandi cambiamenti per il pianeta
by Julie Brigham-Grette e Steve Petsch
Ogni anno, la copertura di ghiaccio marino nell'Oceano Artico si riduce a un punto minimo a metà settembre. Quest'anno misura solo 1.44 ...

ULTIMI ARTICOLI

energia verde2 3
Quattro opportunità di idrogeno verde per il Midwest
by Christian Tae
Per evitare una crisi climatica, il Midwest, come il resto del paese, dovrà decarbonizzare completamente la sua economia entro...
ug83qrfw
Il principale ostacolo alla risposta alla domanda deve finire
by John Moore, Sulla Terra
Se i regolatori federali fanno la cosa giusta, i clienti di elettricità in tutto il Midwest potrebbero presto essere in grado di guadagnare denaro mentre...
alberi da piantare per il clima2
Pianta questi alberi per migliorare la vita in città
by Mike Williams-Rice
Un nuovo studio stabilisce querce e platani americani come campioni tra 17 "super alberi" che contribuiranno a rendere le città ...
fondale del mare del nord
Perché dobbiamo capire la geologia dei fondali marini per sfruttare i venti
by Natasha Barlow, Professore Associato di Cambiamento Ambientale Quaternario, Università di Leeds
Per qualsiasi paese benedetto con un facile accesso al Mare del Nord poco profondo e ventoso, l'eolico offshore sarà la chiave per incontrare la rete ...
3 lezioni sugli incendi per le città della foresta mentre Dixie Fire distrugge la storica Greenville, in California
3 lezioni sugli incendi per le città della foresta mentre Dixie Fire distrugge la storica Greenville, in California
by Bart Johnson, Professore di Architettura del Paesaggio, Università dell'Oregon
Un incendio in una foresta di montagna calda e secca ha attraversato la città della corsa all'oro di Greenville, in California, il 4 agosto...
La Cina può raggiungere gli obiettivi energetici e climatici che limitano la potenza del carbone
La Cina può raggiungere gli obiettivi energetici e climatici che limitano la potenza del carbone
by Alvin Lin
Al vertice sul clima del leader ad aprile, Xi Jinping ha promesso che la Cina "controllerà rigorosamente l'energia alimentata a carbone...
Acqua blu circondata da erba bianca morta
La mappa traccia 30 anni di scioglimento estremo della neve negli Stati Uniti
by Mikayla Mace-Arizona
Una nuova mappa degli eventi estremi dello scioglimento delle nevi negli ultimi 30 anni chiarisce i processi che guidano il rapido scioglimento.
Un aereo lascia cadere un ritardante di fiamma rosso su un incendio boschivo mentre i vigili del fuoco parcheggiati lungo una strada guardano nel cielo arancione
Il modello prevede uno scoppio di incendi di 10 anni, quindi un graduale declino
by Hannah Hickey-U. Washington
Uno sguardo al futuro a lungo termine degli incendi prevede un'esplosione iniziale di circa un decennio di attività degli incendi,...

 Ricevi l'ultimo tramite e-mail

Rivista settimanale Ispirazione quotidiana

Nuovi atteggiamenti - Nuove possibilità

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | Mercato InnerSelf
Copyright © 1985 - 2021 Innerself Pubblicazioni. Tutti i diritti riservati.