この長い物語の最初の部分では 、太陽光発電、特に有機分子の結晶シリコンモンスターを克服することは非常に難しいことが示されましたが、本当にそうですか？ 前の2つにはない第三世代の太陽電池には何がありますか？！
もちろん、市場自体はまだ形成されているため、特定の数値について話すことは困難です。需要と供給のバランスが取れておらず、技術は実験室から実験工場に移っているだけです。 しかし、例として結晶シリコンで見たように、そのような期間では技術の将来について話すことは非常に困難です（多結晶太陽電池の価格は7年で3倍下落したことを覚えていますか？！）。
そして、これによって、DSSCや有機太陽電池の生産と運用の経済学（結局、EROIについての話が再び始まる）ではなく、それらに埋め込まれている可能性と、エンドデバイスの価格を非常に小さくするために使用される技術を説明しようとします可能な限り。
第3世代：未来はここにあります！
おそらく、NREL- The National Renewable Energy Laboratoryによって準備された太陽電池の効率のレトロスペクティブな分析から、伝統から始めるでしょう。
すべての既知のタイプの太陽電池の最高性能指標の遡及分析
グラフは、「新興PV」のクラス全体を示しています。 最初の記事で述べたように、いつでも撮影できる代替方法の同じグループ。 しかし、順番に始めましょう。
ロールツーロールプロセスまたは新聞のように印刷する
おそらく、第三世代の太陽電池の最も重要な特徴の1つは、印刷できることです。
説明する価値があります。 前の2世代の太陽電池では、機能するパネルを取得するために、何らかの方法でpn接合を作成する必要があります（説明については、大胆に説明を参照してください）。つまり、高真空機器、生産ラインのタイトさなどがリストに含まれている必要があります。人生の。 この場合、プレートはコンベヤーに沿って一方の端から他方の端まで移動し、pn接合と接点で成長します。 また、3D構造をエッチングして作成するために使用されるマスクを結合（または調整）するという問題もあります（実際、プロセッサのように、技術的なプロセスのみがナノメートルではなく、マイクロメートルとミリメートルです）。 そして、このすべての不名誉をより単純なものに置き換えると良いでしょう...
奇跡、そのようなプロセスは何十年もの間、印刷製品の印刷に使用されてきました。 わずかな修正で、インクをいくつかの光活性有機分子（半導体および導体）に置き換え、ドラム上のパターンを個々のフォトセルに対応する領域に分割できました。 そして出来上がり、スタンプ-私はしたくない！
この場合、シリコン電池ではシリコンは基板でありアクティブなコンポーネントであり、基板を無限に薄くすることは不可能であるため、そのような要素の重量と使用される材料の量の両方を大幅に削減することができます。少なくともいくつかの最小限の機械的特性が必要です。
これは実際にどのように機能しますか？！ 同じKITには、いわゆる「技術移転センター」ではなく、完全に現実的で機能するセンターがあり、以下が実行されます。
a）技術を開発している科学者やエンジニアからの直接的なフィードバックがある一方で、バッテリーの性能を向上させることを目的とした研究。
b）テクノロジーの基本的なスケーラビリティを実現するプロトタイプサイト。
c）すでに半工業用地で、数分で数百メートルの太陽電池を稼働させることができます。
実験室から生産への技術移転の構造。 KITおよびTUダルムシュタットとBASF、メルク
センターは2つの大学にあるだけでなく、メーカーが積極的に参加していることに注意してください。
聴衆は少し疲れたようですので、言及された研究室の作品のビデオはYouTubeで公開されています。
そして、このプロセスを適用する最も重要な分野の1つは、有機光起電装置です。
有機太陽光発電
どんなに面白い音であっても、無制限の楽しい雰囲気が有機化学の世界に君臨します。 たとえば、有機分子の中には、絶縁体、導体、半導体、さらには考えるのが怖い超伝導体があります。 少し前に、一般に、有機材料は、コンクリート、補強材、車などすべてを炭素で作ると考えられていました...しかし、うまくいきませんでした...
フォトセルはどのように有機的に見えるでしょうか？！ そして、その厚さは何ですか？
たとえば、必要に応じて、厚さは1マイクロメートル（人間の髪の毛の50倍！）です。
別の有機太陽電池のデバイスとそれを作成するために使用される材料
通常、電子受容体（吸収体）とドナー分子（正孔伝導体）が相互に浸透して、いわゆるバルクヘテロ接合を形成することが必要です。 電子-正孔対分離反応は表面で発生するため、2つの相が相互に浸透するため、有効な接触面積が増加し（右の図を参照）、これはそのようなバッテリーの最大効率に対応します。
基板はガラスである必要はありません：カソードとアノードの両方は、導電性ポリマーに基づく技術を含む利用可能な技術を使用して作成でき、ロールツーロールプロセスの利点を完全に実現できます。
はい、残念ながら、これらのバッテリーの効率は7-8％まで大きくないことを認めざるを得ませんが、これはすべて、上記の分子的動機がUV（紫外線、300-400 nm）からIR（赤外線800-1000 nm）。
一方で、これは問題です。2つの結合バッテリー、いわゆるタンデム太陽電池（タンデム太陽電池）を使用して、よりトリッキーな回路を考案するか、バッテリーを半透明にして窓に貼り付ける必要があります。
タンデム型太陽電池の場合、2つの異なる範囲、たとえば緑と赤を吸収する2つの直列接続された太陽電池があります。 このため、より多くの光子がEMFと電流に変換されるため、効率は実際に2倍になります。 ただし、この場合の主な問題は、過剰な電荷を結合するために必要な中間層です。 層が電荷を蓄積する場合、内部損失により効率が低下することは明らかです。
タンデム型太陽電池の動作原理：2つの直列接続された有機太陽電池
タンデム太陽電池の製造に使用される2つの有機物質の吸収スペクトルの例
この時点で、材料科学を掘り下げることは可能ですが、私はこれを行いません。非常に効率的なバッテリーとその開発プロセスを守るためのいくつかの言葉を言いたいのですが、これは予算の無駄ではありません。 ただそれを取り、ペーストを基板上に均等に広げてから、2番目の層、3番目の層を配置し、コンタクトに貼り付けて、「オーケー、それだ！」と言ってください。 しかし、効率のすべてのパーセントの背後には、特許、ある化合物が別の化合物に最も浸透するように分子のパッケージングを変更する特別な添加剤があります。 このようなプロセスを説明するために、物質Aが役立つが、物質Bが役立たない理由は、数百万ドルと数十億ドルの価値があるすべての欠点、欠陥、態度を備えた基礎科学です。
色素増感太陽電池（DSSC）
染料で増感または「活性化」されたソーラーパネルは、かなり以前から世界に知られています。 しかし、最近になってようやく、前の記事ですでに述べたように 、彼らは15％の効率で心理的に重要な障壁をうまくとることができました。 現在、これはこのクラスの太陽電池パネルの絶対的な記録です。 バッテリー動作の原理は、上記の出版物に詳細に示されているため、ここでは詳しく説明しません。
通常、DSSCの生産には、ITO（インジウムをドープした酸化スズ）やFTO（フッ素をドープした酸化スズ）など、製造コストのかなりの部分を消費する導電性コーティングガラス基板が必要です。 ただし、これらのバッテリーは、上記のロールツーロールプロセスによって印刷に適応できる可能性があると言えます。
繰り返しになりますが、このようなバッテリーの範囲は、MWの発電ではなく、透明な有機バッテリーの場合のように、審美的に実用的であり、高い生活水準を維持しながら全体のエネルギー消費を削減することです。 つまり、彼らは窓にバッテリーを貼り付け、24時間でバッテリーを充電しました...
この記事が準備されている間に、突然ニュースが来て、部屋で緊急にマークされました！
速報
現在建設中のEPFL会議センター（ SwissTech ）には、DSSCベースのガラスファサードが装備されます。 Gratzelの透明な多色ソーラーパネルは現在、2014年4月にオープンする予定のSwissTech Centerの西側に設置されています。 300 m 2を超える建物のファサードにはソーラーパネルが装備され、その総数は1,400で、寸法は35 x 50 cmです。 要素自体は赤、緑、オレンジの5色で作られており、建築家やデザイナーによれば、暖かく、同時に活気のある外観を作り出します。
この種のプロジェクトが世界で最初であることは注目に値します。 太陽電池は、太陽光の角度を変えても効率が失われないように設計されています。さらに、発電を可能にするだけでなく、直射日光から内部を保護し、空調の必要性を減らします。 また、少なくとも11の製造会社がGratzelのソーラーパネルを生産するライセンスを既に受け取っていると報告されています。
そして最後に、根拠がないように、代替太陽電池の分野で働く企業の例をいくつか挙げます。
コナルカ 会社は2001年から2012年まで続き、DSSCと有機フラーレンベースの太陽電池の両方に従事していました。 同社はその存在中に、この分野で350件の特許を作成し、1億5000万ドル以上の民間投資と2000万ドルの国家助成金を開発と生産の組織に引き付けました。 太陽電池は、8％の登録効率で3年の保証寿命で開発されました。 残念ながら、2012年半ばに、会社は破産を申請しました 。
ヘリアテック 同社は2006年に設立され、有機太陽光発電を専門としていますが、より成功し続けています。 他の成果の中でも、ジオメトリが正しく選択されているため、タンデム電池の効率は12％です。
Heliatek Webサイトからスライド
ところで、今後4年間で、効率を16％に高める予定です。
Heliatek Webサイトからスライド
DSSCに関しては、 ソニーやサムスンなどの巨人でさえDSSC側に注意を向け、大量生産によってモジュールのコストが従来のシリコンバッテリーに比べて1 / 3-1 / 5に削減される予定です。 英国では、このトピックを扱っている企業が多数あるため （ たとえば ）、一般的に中王国の職人については何も言いません（ たとえば ）。
結論の代わりに
最初に、「代替の」非シリコン太陽光発電が必要であり、技術が重要であり、最終製品のさまざまな知識分野をどのように結びつけるかという膨大な結論を書きたかったのですが...
もちろん、私はBarsMonsterに同意します、今日の代替エネルギー産業の主な問題（任意の!!!、私はあなたに注意するようお願いします）は、生成された電気の貯蔵であり、最も重要なことは、そのような貯蔵のコストです。 または言い換えれば、このソースの不整合。 これらは原子力発電所ではなく、ベルギーでは午後でも軽道です。 しかし、既存の観点からエネルギー消費の構造を検討することはあまり適切ではないと思われます。これが、このトピックに関するすべてのホリバーの主な欠陥です。 考えを変えて、問題を抽象的な外観で見る必要があります。
しかし、それがいかに逆説的で空想的に聞こえるかにかかわらず、私たちはシリコンの時代から炭素の時代への本当に大きな移行の時代に生きています。 そして、私たちが現在観察している傾向（グラフェン、CNT、有機発光ダイオード、有機太陽光発電）は、これの実質的な証拠です。 かなり時間がかかり、窓にグラッツェルソーラーパネルがなければ、単一の建物は設計されません（少なくともEU、米国、日本では）。これにより、構造のエネルギーバランスを大幅に削減し、実質的にゼロにすることができます。 iPhoneまたはXperia Zの背面は2ミクロンの有機電池で覆われ、光源があればどこでも携帯電話を充電し、電気自動車は一般に1つの大きな動く太陽電池に変わります。 そして私は、太陽のエネルギーが誰もが利用できるこのエネルギーの楽園にいたいと思います...
そして、あなたは！？
時々あなたは簡単に読むことができ、時には私のTelegramチャンネルの科学技術のニュースについてそれほど多くは読みません-私たちはあなたに尋ねます;）