Takk for besøket InnerSelf.com, der det er 20,000 + livsendrende artikler som fremmer "Nye holdninger og nye muligheter." Alle artikler er oversatt til 30+ språkBli medlem! til InnerSelf Magazine, utgitt ukentlig, og Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine har blitt utgitt siden 1985.

bryte

OPVIUS ORGANISK FOTOVOLTAISK
Som et resultat av deres unike egenskaper har organiske solceller en rekke potensielle applikasjoner, inkludert integrering i vinduer for å generere energi fra sollys. Bilder med tillatelse fra MaterialDistrict

Når du ser på solenergi, er det sjanse for at du tryller frem bilder av store solcellepaneler som strekker seg over lengden på et tak eller et stort solbruk ute i et felt. Men hva om du kunne sette et solcellepanel i taket på en hybridbil, på et telt eller i vinduene til en kontorbygning? Hva om du kunne drive et vaksinekjøleskap på et avsidesliggende sted med et fleksibelt solcellepanel som kan sendes i et postrør? Dette er bare noen få mulige anvendelser av en relativt ny teknologi kjent som organiske solceller (OSC) - i det minste nye sammenlignet med silisium solteknologi, som har eksistert siden 1950-tallet.

I likhet med tradisjonell silisium-solteknologi gjør OSC-er solens energi til brukbar elektrisitet. Men de er langt mer allsidige enn konvensjonelle solceller. OSC er lette og fleksible og kan gjøres til å være halvgjennomsiktige eller i forskjellige farger. Disse egenskapene gir dem potensielle bruksområder for tekstil-, kjøretøy- og bygningsintegrerte solceller, og for å skape kraft i områder der den ikke eksisterer.

Unike applikasjoner

Mens det er behov for ekstra finansiering og forskning for å bringe OSC til det kommersielle markedet, er eksperter enige om at de vil spille en viktig rolle i fremtiden for solteknologi. Når det er sagt, vil de ikke erstatte eller konkurrere head-to-head med silisium solceller. "Vi kan ikke forvente å se ekspansive felt av OSC, som de som genererer gigawatt kraft på silisiumanlegg," sier Seth Marder, en kjemiprofessor ved Georgia Tech. Silicon solenergi er egnet for å levere storskala solenergi, mens OSC har andre unike styrker som styrer dens virkelige applikasjoner. 

To unike egenskaper ved OSC er tynnheten og fleksibiliteten. Mens en typisk silisium-solcelle er omtrent så tykk som gjennomsnittsbredden til et menneskehår, er de fleste OSC-er omtrent tusen ganger tynnere. På grunn av deres tynnhet og fleksibilitet kan OSC-er produseres på buede overflater og fleksible baksider. For eksempel kan de lappes eller integreres i stoffet i telt, ryggsekker og til og med klær. De fleste av disse produktene er fortsatt under utvikling og har et nisjemarked, men de viser den innovative kreativiteten som OSC gir. Med OSC-teknologi har mulighetene for hvor solceller kan brukes blitt utvidet kraftig utover bare hustak og solfarm.


innerself abonnere grafikk


OSC kan også gjøres gjennomsiktige, semitransparente eller i forskjellige farger. Som et resultat er det mange potensielle applikasjoner for arkitektonisk bruk. For eksempel kan gjennomsiktige OSC-er integreres i vinduer for å generere energi fra sollys som ellers kan varme opp et rom og bidra til høyere klimaanleggskostnader. Franky So, en materialvitenskap og ingeniørprofessor ved North Carolina State University, tilbyr enda en applikasjon: OSC kan brukes i soltak for å hjelpe elektriske og hybridbiler.

I tillegg gjør lave investeringer på forhånd og potensielt lave produktfraktkostnader OSC-teknologi tilgjengelig for lokalsamfunn i utviklingsland som mangler tilgang til et strømnett og økonomiske midler til å bygge en. OSC har en unik evne til å "bringe kraft der kraft ikke eksisterer," forklarer Malika Jeffries-EL, lektor i kjemi ved Boston University. I disse tilfellene kan OSC-teknologi gi nødvendig strøm i mindre mengder som trengs for oppgaver som belysning, lading av mobiltelefoner og kjølemedisiner og vaksiner.

Et annet salgsargument for OSC er at de er mindre energikrevende å produsere enn silisiumsolceller. Ekstremt varme ovner - opp til 1,500 ° C (2,700 ° F) - er nødvendige for å generere silikon med høy renhet for silisiumsolceller. Til sammenligning kan OSCer i stor skala produseres ved ganske enkelt å skrive ut cellelagene på en bakside i en prosess som ligner den som ble brukt til å trykke aviser. Fordi denne prosessen bruker mindre energi, har OSC-er en betydelig kortere tilbakebetalingstid enn silisiumceller. Med andre ord, OSC-er krever kortere tid for å generere mengden energi det tok å produsere dem.

Slik fungerer det

Den første organiske solcellen ble utviklet i 1958, men det var først på 2000-tallet at OSC-ene så en betydelig effektivitetsøkning. Denne forbedrede OSC-teknologien kom fra feltet av organiske lysdioder, ofte kjent som OLED-er. OLED-teknologi brukes til mange TV- og telefonskjermer på markedet i dag. I en OLED-skjerm avgir et lag med organiske molekyler (molekyler som hovedsakelig består av karbon- og hydrogenatomer) lys når en elektrisk strøm tilføres. OSC fungerer i hovedsak motsatt måte - laget av organiske molekyler genererer en elektrisk strøm når de utsettes for lys.

En organisk solcelle består av flere lag med materialer, hvorav det ene er akseptorlaget. Når sollys treffer cellen, frigjøres et elektron fra laget av organiske molekyler, og akseptoren har som oppgave å overføre elektronet til elektroden. Denne prosessen forårsaker en oppbygging av ladning, som er det som genererer elektrisitet.

Graf over effektiviteten til OSC fra 2000 til 2020Med utviklingen av ikke-fulleren-akseptorer økte effektiviteten til OSC-ene kraftig. Graf med tillatelse fra Dr. Felipe Larrain

Tradisjonelt var de mest brukte akseptorene i OSC-er materialer basert på fulleren - et molekyl bestående av 60 karbonatomer sammenføyd i en struktur som ligner en fotball. Imidlertid, med fulleren-akseptorer, var effektiviteten til OSC-er begrenset til rundt 10%. Med andre ord, bare 10% av sollyset som traff solcellen ble omgjort til elektrisitet. Forskere satte seg derfor for å utforske nye typer akseptorlag som et middel for å øke OSC-effektiviteten.

Gjennombruddet som tillot OSC å oppnå høyere effektivitet var utviklingen av ikke-fulleren-akseptorer (NFA). Med NFAs økte effektiviteten til OSCs kraftig - opp til 18% på bare noen få år. Dette har ført OSC til den nedre enden av 18% til 22% effektivitet av gjennomsnittlig kommersielt tilgjengelig silisium solcelle. Denne økningen i effektivitet har overgått forventningene til mange eksperter, hvorav noen begynte å jobbe i felten da effektiviteten til OSC-er lå rundt bare 3%. "Hvis du for 10 år siden hadde fortalt meg at vi ville ha organiske solceller med 18% effektivitet, ville jeg ha ledd," sier Marder.  

Barrierer for å overvinne

Det er fortsatt mye arbeid som skal gjøres før OSC-er kan markedsføres bredt. En av de største utfordringene er løsningsmidlene som brukes i produksjonsprosessen. De fleste av de beste OSC-ene er laget med klorerte løsemidler, som utgjør både helse- og miljøfarer. "Når du skalerer OSC-produksjonen, må du vurdere eksponeringen til mennesker som skal jobbe i produksjonsanleggene," sier Bernard Kippelen, professor i elektro- og datateknikk ved Georgia Tech. Forskningen til dags dato har i stor grad fokusert på å oppnå stadig høyere effektivitet, men som Kippelen sier, "vi trenger en tilnærming som går langt utover bare ett nummer." For å gjøre OSC-er til en levedyktig teknologi, må produksjonsprosessen optimaliseres for å gjøre den tryggere og mer kostnadseffektiv.

En annen barriere for masseproduksjon av OSC er forskjellen mellom effektiviteten til individuelle celler testet under ideelle laboratorieforhold, og effektiviteten som har blitt demonstrert for større moduler. Individuelle celler kan ha høy effektivitet, men å samle flere celler i moduler, paneler eller matriser krever ekstra elektriske tilkoblinger som vil redusere effektiviteten. Som Kippelen påpeker, forventes det imidlertid slike ulikheter. "Det tar litt tid før økningen i celleeffektivitet reflekteres i effektiviteten til moduler som kommer fra produksjonslinjene," sier han. "Det samme gjaldt silisiumsolceller."

Finansiering av OSC-forskning er en annen bekymring. I USA kommer mye av finansieringen til solcelleforskning fra offentlige etater, for eksempel Department of Energy. I følge Kippelen er imidlertid "mange finansieringskilder tørket opp for å forske på OSC," på grunn av fremveksten av en raskt voksende klasse solceller kalt perovskitter. - Det har vært mye spenning rundt bruk av perovskitt fordi effektiviteten i noen tilfeller er enda høyere enn silisium, sier Kippelen. Imidlertid, selv om finansieringen til OSC har blitt redusert i USA, fortsetter Kina å stå i spissen for OSCs forskning og utvikling. "Arbeidsmengden [på OSC-forskning] i USA er en liten brøkdel av arbeidsmengden i Kina," sier Marder. "Folk i Kina er i full gang med dette." 

Årsaker til optimisme

Fremtidig energiforbruk i verden vil fortsette å øke, spesielt ettersom utviklingsland ønsker de samme fordelene med energiproduksjon på forespørsel som utviklede land har. Forskere som Marder, Kippelen, Jeffries-EL og So say OSC-teknologi har potensial til å spille en unik og viktig rolle i den globale overgangen mot fornybar energi. Den nylige økningen i OSC-effektiviteten til 18% har mange forskere som arbeider for å fremme denne teknologien, og forskere ser nå på tandem-OSCer (som bruker to forskjellige materialer som absorberer tydelige bølgelengder av sollys) for å fange enda mer energi. Noen er håpefulle om at denne utviklingen kan øke OSC-effektiviteten ytterligere - opptil 20%.

Kippelen etterlyser et langsiktig syn på OSC-teknologi. "Solteknologi kommer til å eksistere lenge," sier han, "og jeg tror virkelig OSC med tiden vil etablere seg som en virkelig viktig teknologi."

Om forfatteren

 Kellie Stellmach er en kandidatstudent som forfølger sin doktorgrad. i kjemi ved Georgia Tech. Hun brenner for å utvikle nye organiske materialer for å møte miljø- og bærekraftsutfordringer. Hennes nåværende forskning fokuserer på syntesen av polymerer med lav tak temperatur med potensielle anvendelser som resirkulerbare materialer.

Relaterte bøker

Drawdown: Den mest omfattende planen som noen gang har foreslått å reversere global oppvarming

av Paul Hawken og Tom Steyer
9780143130444I møte med utbredt frykt og apati har en internasjonal koalisjon av forskere, fagfolk og forskere kommet sammen for å tilby et sett av realistiske og dristige løsninger på klimaendringer. Et hundre teknikker og praksis er beskrevet her-noen er velkjente; noe du kanskje aldri har hørt om. De spenner fra ren energi til å utdanne jenter i lavinntektsland til landbrukspraksis som trekker karbon ut av luften. Løsningene eksisterer, er økonomisk levedyktige, og samfunn over hele verden for tiden anvender dem med dyktighet og besluttsomhet. Tilgjengelig på Amazon

Utforming av klimaproblemer: En retningslinje for lavkol Energi

av Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
1610919564Med effekten av klimaendringene som allerede er over oss, er behovet for å kutte globale klimagassutslipp intet mindre enn presserende. Det er en skremmende utfordring, men teknologiene og strategiene for å møte den eksisterer i dag. Et lite sett med energipolitikk, designet og implementert godt, kan sette oss på veien mot en fremtid med lite karbon. Energisystemer er store og komplekse, så energipolitikken må være fokusert og kostnadseffektiv. En-størrelse-passer-alle-tilnærminger vil ganske enkelt ikke få jobben gjort. Politiske beslutningstakere trenger en klar, omfattende ressurs som skisserer energipolitikken som vil ha størst innvirkning på klimafremtiden vår, og beskriver hvordan vi kan utforme disse retningslinjene. Tilgjengelig på Amazon

Dette forandrer alt: kapitalisme vs klimaet

av Naomi Klein
1451697392In Dette endrer alt Naomi Klein hevder at klimaendringer ikke bare er et annet problem, som skal skjenkes nøye mellom skatt og helsevesen. Det er en alarm som kaller oss for å fikse et økonomisk system som allerede mangler oss på mange måter. Klein bygger omhyggelig saken for hvor massivt å redusere utslippene av drivhusgasser er vår beste mulighet til samtidig å redusere ulikheter i ulikhet, omdefinere våre ødelagte demokratier og gjenoppbygge våre slanke lokale økonomier. Hun avslører den ideologiske desperasjonen til klimaendringene, de rasjonelle vrangforestillinger fra de vilde geoengineers og den tragiske nederlaget av for mange grønne grenser. Og hun demonstrerer nettopp hvorfor markedet ikke har - og ikke kan løse klimakrisen, men vil i stedet gjøre ting verre, med stadig mer ekstreme og økologisk skadelige utvinningsmetoder, ledsaget av voldsomme katastrofkapitalisme. Tilgjengelig på Amazon

Fra Utgiver:
Innkjøp på Amazon går for å dekke kostnadene ved å bringe deg InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uten kostnad og uten annonsører som sporer surfevaner. Selv om du klikker på en kobling, men ikke kjøper disse utvalgte produktene, betaler alt annet du kjøper i samme besøk på Amazon oss en liten provisjon. Det er ingen ekstra kostnader for deg, så vær så snill å bidra til innsatsen. Du kan også bruk denne lenken å bruke til Amazon når som helst slik at du kan bidra til å støtte vår innsats.

 

Denne artikkelen opprinnelig dukket opp på Ensia

 

bryte

Takk for besøket InnerSelf.com, der det er 20,000 + livsendrende artikler som fremmer "Nye holdninger og nye muligheter." Alle artikler er oversatt til 30+ språk. Bli medlem! til InnerSelf Magazine, utgitt ukentlig, og Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine har blitt utgitt siden 1985.

Kanadiere mister troen på økonomien – og det påvirker deres oppfatning av ulikhet

Folk adopterer gradvis mer bærekraftig livsstil, men mange synes det er vanskelig å endre vaner og vet ofte ikke hvor de skal starte sin bærekraftsreise.

Demokratiet synker globalt – og har gjort det de siste 17 årene, ifølge funn fra 2023 publisert av den ideelle gruppen Freedom House, som tar til orde for demokrati.

Hvordan Boxing Day utviklet seg fra å gi julerester til tjenere til en detaljhandelsvanvidd.

Global oppvarming er et presserende spørsmål som utgjør en alvorlig trussel mot planeten vår og alle dens innbyggere. De siste årene har forskere advart om de potensielle konsekvensene av å nå 3 °C...

USAs inntektsulikhet vokste i 2021 for første gang på et tiår, ifølge data Census Bureau utgitt i september 2022.