Die Herstellung von Sonnenkollektoren ist für die Umwelt schrecklich. Dieses neue Design kann das Heilmittel sein.

Wenn es darum geht, die steigende Temperatur und die Kohlenstoffemissionen des Planeten zu bekämpfen, sind Optionen für erneuerbare Energien wie Sonnenkollektoren ein klarer Weg. Trotz der offensichtlichen Umweltvorteile eines solchen Ansatzes schreiben die Autoren einer neuen Energieanalyse, dass die derzeitige Solartechnologie einen größeren CO2-Fußabdruck aufweist, als Sie vielleicht denken. Während es heute bei rund zwei Prozent liegt, da die Solarenergie in den kommenden Jahrzehnten weiter zunimmt, schreiben die Autoren, dass die Emissionen aus der Solartechnologie die der internationalen Luftfahrt mit rund fünf Prozent des weltweiten Gesamtenergiebudgets in den Schatten stellen könnten.

Im eine Studie veröffentlicht am Montag in Joule Die Forscher analysieren diese Trends und zeigen, wie ein neuer Ansatz für das Design von Solarzellen die Solaremissionen um das Zwanzigfache senken und die Technologie an die bisher niedrigsten Emissionen heranführen kann.



Während die Auswirkungen der Solarenergie auf die Kohlenstoffemissionen möglicherweise nicht intuitiv erscheinen, schreiben die Autoren, dass ihre lauernden Auswirkungen auf die CO2-Emissionen sowohl in den Energiekosten der Herstellung als auch in den unterschiedlichen Effizienzstandards in den globalen Sektoren und in der erwarteten Skalierung der Technologie in den kommenden Jahren liegen.



'Erstens hängt der CO2-Fußabdruck von PV (Photovolatics) vom gesamten CO2-Ausstoß während der Produktion ab, der von den industriellen Anforderungen der spezifischen verwendeten PV-Technologie sowie der Reife und Effizienz der Fertigungsindustrie bestimmt wird', schreiben die Autoren. 'Zum Beispiel ist der Platzbedarf eines in China hergestellten Si-PV-Moduls (Silizium-Photovolatik) aufgrund eines unterschiedlichen Grads an Industrialisierung und Umwelteinschränkungen im Vergleich zu einer Produktion in der EU oder den USA doppelt so hoch.'

Die Autoren betrachteten drei verschiedene Zukunftsszenarien für die heute verwendeten Solarzellen auf Siliziumbasis, die von optimistischen bis zu realistischen Emissionswerten reichten, und stellten fest, dass in allen Szenarien die Gesamtmenge der durch diese Technologien verursachten Kohlenstoffemissionen höher war als die der internationalen Luftfahrtindustrie eine ganze.



'In allen Szenarien werden die jährlichen CO2-Emissionen der globalen PV-Industrie in den nächsten zehn Jahren die aktuellen Emissionen der internationalen Luftfahrt übersteigen', schreiben die Autoren. '(O) Unsere Ergebnisse zeigen, dass die (Nicht-) Nachhaltigkeit sogenannter' nachhaltiger Systeme 'wie RE-Technologien (erneuerbare Energien) immer bewertet und in den Fokus zukünftiger Forschung und Entwicklung gerückt werden muss.'

Um diese erwartete Flut von Emissionen einzudämmen, schreiben die Autoren, dass es wichtig sein wird, die Aufmerksamkeit auf eine kostengünstigere und effizientere Form einer Solarzelle zu lenken. Geben Sie ein: die rückwärts hergestellte Perowskit-Solarzelle. Während diese Art von Solarzelle, die auf anorganischem Perowskit anstelle von Silizium basiert, aufgrund ihres verbesserten Wirkungsgrads und ihrer geringeren Kosten seit langem als die nächste Generation von Solarzellen angekündigt wird, müssen Modelle aufgrund von noch aus dem Labor in die Produktion gelangen Konstruktionshürden, einschließlich Bedenken hinsichtlich des Auswaschens von Blei in Wasser und der kürzeren Lebensdauer der Zellen.

Um Perowskit-Zellen bei der Vorbereitung auf ihr großes Debüt zu unterstützen, beschreiben die Forscher dieser Studie eine neue Methode, um diese Zellen so zu gestalten, dass ihre Lebensdauer verbessert wird. Dies klingt ähnlich, wie Sie sich vorstellen können, dass ein Gusher erzeugt wird.



Um diese neue Solarzelle zu entwerfen, versiegelten die Forscher Glaskammern und injizierten dann Perowskit in die Mitte. Dieser Ansatz trug dazu bei, das chemische Material abzudichten und eine zukünftige Verschlechterung zu verhindern. Joule

In ihrem Modell verwendeten sie Glasversiegelungsmethoden, die von Windschutzscheibenherstellern ausgeliehen wurden, um eine luftdichte Abdichtung für jeden Abschnitt der Solarzelle herzustellen, die verhindert, dass Sauerstoff in den Perowskit eindringt und diesen abbaut. Sobald diese luftdichten Glaszellen erzeugt waren, injizierten die Forscher das Perowskitmaterial in die Zelle, entfernten jegliches restliches Gas im System und versiegelten die Zelle wieder.

Obwohl diese Modelle noch nicht perfekt waren, schreiben die Autoren, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen immer noch signifikant geringere Kohlenstoffemissionen aufweisen und die ersten Schritte in Richtung einer neuen stabilen, effizienten Form der Solarenergie demonstrieren könnten.

'Wir sind davon überzeugt, dass unsere Ergebnisse die Forschung fördern werden, weg von der Verwendung komplizierter, stabiler organischer Ladungsleiter und metallischer Kontakte zu inerten, anorganischen Materialien wie Graphit oder Metalloxiden', schreiben die Autoren. 'In Kombination mit unserem eingeführten Konzept für die Einkapselung von langzeitstabilem Glas wird dies die Richtung für die künftige Entwicklung von Perowskit bestimmen und damit den Weg für die industrielle Realisierung von langfristig stabilen PV-Modulen mit geringstem CO2-Fußabdruck ebnen.'

Zusammenfassung: Obwohl die Photovoltaik (PV) immer noch weniger als 2% der weltweiten Stromerzeugung ausmacht, ist sie auf dem Weg, eine wichtige Energietechnologie für eine globale zukünftige Infrastruktur für erneuerbare Energien zu werden. Wir präsentieren Prognosen der weltweiten CO2-Emissionen der zukünftigen PV-Industrie und stellen fest, dass diese Emissionen wahrscheinlich die Emissionen des globalen Schifffahrts- oder Luftfahrtsektors übertreffen werden. Als Alternative schlagen wir ein vollständig gedrucktes PV-Reverse-Manufacturing-Konzept vor, das den CO2-Fußabdruck bis zur endgültigen Untergrenze der Glassubstratherstellung minimiert. Dieser sogenannte In-situ-Ansatz basiert auf einem Perowskit-Absorber, der sehr langlebig und mit Glaslot zwischen Float-Glassubstraten eingekapselt ist und den CO2-Fußabdruck herkömmlicher PV-Module um 1/20 reduziert. Mit einem zertifizierten stabilisierten Wirkungsgrad von 9,3% ebnet dieser Rekordwirkungsgrad für mit Glaslot eingekapselte Perowskit-PV den Weg für zukünftige Solarzellen mit dem geringsten CO2-Fußabdruck.