Όπως και η παραδοσιακή ηλιακή τεχνολογία πυριτίου, τα OSC μετατρέπουν την ενέργεια του ήλιου σε χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Αλλά είναι πολύ πιο ευπροσάρμοστα από τα συμβατικά ηλιακά φωτοβολταϊκά. Τα OSC είναι ελαφριά και ευέλικτα και μπορούν να γίνουν ημιδιαφανή ή σε διάφορα χρώματα. Αυτές οι ιδιότητες τους δίνουν πιθανές εφαρμογές για κλωστοϋφαντουργικά, οχήματα και ενσωματωμένα κτήρια ηλιακά στοιχεία, και για τη δημιουργία ισχύος σε περιοχές όπου δεν υπάρχει.

Μοναδικές εφαρμογές

Ενώ απαιτείται πρόσθετη χρηματοδότηση και έρευνα για να φέρουν τα OSC στην εμπορική αγορά, οι ειδικοί συμφωνούν ότι θα διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στο μέλλον της ηλιακής τεχνολογίας. Τούτου λεχθέντος, δεν θα αντικαταστήσουν ή θα ανταγωνίζονται από κοινού με ηλιακά κύτταρα πυριτίου. «Δεν πρέπει να περιμένουμε να δούμε εκτεταμένα πεδία OSC, όπως εκείνα που παράγουν gigawatts ισχύος σε ηλιακές εκμεταλλεύσεις πυριτίου», λέει ο Seth Marder, καθηγητής χημείας στη Georgia Tech. Το Silicon solar είναι κατάλληλο για παροχή ηλιακής ενέργειας μεγάλης κλίμακας, ενώ τα OSC έχουν άλλα μοναδικά πλεονεκτήματα που καθοδηγούν τις πραγματικές εφαρμογές του. 

Δύο μοναδικά χαρακτηριστικά των OSC είναι η λεπτότητα και η ευελιξία τους. Ενώ ένα τυπικό ηλιακό κύτταρο πυριτίου είναι περίπου τόσο παχύ όσο το μέσο πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας, τα περισσότερα OSC είναι περίπου χίλιες φορές πιο λεπτά. Λόγω της λεπτότητας και της ευελιξίας τους, τα OSC μπορούν να κατασκευαστούν σε καμπύλες επιφάνειες και εύκαμπτες βάσεις. Για παράδειγμα, μπορούν να επιδιορθωθούν ή να ενσωματωθούν στο ύφασμα σκηνών, σακιδίων και ακόμη και ρούχων. Τα περισσότερα από αυτά τα προϊόντα είναι ακόμη υπό ανάπτυξη και καταλαμβάνουν μια εξειδικευμένη αγορά, αλλά δείχνουν την καινοτόμο δημιουργικότητα που παρέχουν τα OSC. Με την τεχνολογία OSC, οι δυνατότητες για τη χρήση ηλιακών κυψελών έχουν επεκταθεί πολύ πέρα ​​από τις στέγες και τις ηλιακές εκμεταλλεύσεις.

Τα OSC μπορούν επίσης να γίνουν διαφανή, ημιδιαφανή ή σε διάφορα χρώματα. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν πολλές πιθανές εφαρμογές για αρχιτεκτονική χρήση. Για παράδειγμα, τα διαφανή OSC θα μπορούσαν να ενσωματωθούν στα παράθυρα για να παράγουν ενέργεια από το φως του ήλιου που διαφορετικά θα θερμαίνει ένα δωμάτιο και θα συμβάλει στο υψηλότερο κόστος κλιματισμού. Ο Franky So, καθηγητής επιστήμης και μηχανικής υλικών στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, προσφέρει μια ακόμη εφαρμογή: Τα OSC θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε ηλιοροφές για να βοηθήσουν τα ηλεκτρικά και υβριδικά οχήματα.

Επιπλέον, οι χαμηλές εκ των προτέρων επενδύσεις και το δυνητικά χαμηλό κόστος αποστολής προϊόντων καθιστούν την τεχνολογία OSC προσβάσιμη σε κοινότητες σε αναπτυσσόμενες χώρες που δεν έχουν πρόσβαση σε ηλεκτρικό δίκτυο και τα οικονομικά μέσα για την κατασκευή ενός. Τα OSC έχουν μια μοναδική ικανότητα να «φέρνουν δύναμη όπου δεν υπάρχει δύναμη», εξηγεί η Malika Jeffries-EL, αναπληρώτρια καθηγήτρια χημείας στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η τεχνολογία OSC θα μπορούσε να παρέχει βασικό ηλεκτρισμό στις μικρότερες ποσότητες που απαιτούνται για εργασίες όπως φωτισμός, φόρτιση κινητών τηλεφώνων και ψυκτικά φάρμακα και εμβόλια.

Ένα άλλο σημείο πώλησης των OSC είναι ότι κατασκευάζουν λιγότερο ενεργειακή ένταση από ό, τι τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου. Απαιτούνται εξαιρετικά θερμοί κλίβανοι - άνω των 1,500 ° C (2,700 ° F) - για τη δημιουργία πυριτίου υψηλής καθαρότητας για ηλιακά κύτταρα πυριτίου. Συγκριτικά, τα μεγάλης κλίμακας OSC μπορούν να κατασκευαστούν απλώς εκτυπώνοντας τα στρώματα του κελιού σε ένα υπόστρωμα σε μια διαδικασία παρόμοια με αυτήν που χρησιμοποιείται για την εκτύπωση εφημερίδων. Επειδή αυτή η διαδικασία καταναλώνει λιγότερη ενέργεια, τα OSC έχουν σημαντικά μικρότερο χρόνο απόδοσης ενέργειας από τα κύτταρα πυριτίου. Με άλλα λόγια, τα OSC απαιτούν μικρότερο χρονικό διάστημα για την παραγωγή της ποσότητας ενέργειας που χρειάστηκε για την κατασκευή τους.

Πώς Λειτουργεί

Η πρώτη οργανική ηλιακή κυψέλη αναπτύχθηκε το 1958, αλλά μόνο μέχρι τη δεκαετία του 2000 οι OSC σημείωσαν σημαντική αύξηση της απόδοσης. Αυτή η βελτιωμένη τεχνολογία OSC προέκυψε από το πεδίο των οργανικών διόδων εκπομπής φωτός, κοινώς γνωστών ως OLED. Η τεχνολογία OLED χρησιμοποιείται για πολλές οθόνες τηλεόρασης και τηλεφώνου στην αγορά σήμερα. Σε μια οθόνη OLED, ένα στρώμα οργανικών μορίων (μόρια αποτελούμενα κυρίως από άτομα άνθρακα και υδρογόνου) εκπέμπει φως όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Τα OSC λειτουργούν ουσιαστικά με τον αντίθετο τρόπο - το στρώμα των οργανικών μορίων παράγει ηλεκτρικό ρεύμα όταν εκτίθεται στο φως.

Ένα οργανικό ηλιακό στοιχείο αποτελείται από πολλαπλά στρώματα υλικών, ένα από τα οποία είναι το στρώμα δέκτη. Όταν το φως του ήλιου χτυπά το κύτταρο, ένα ηλεκτρόνιο απελευθερώνεται από το στρώμα των οργανικών μορίων και η δουλειά του αποδέκτη είναι να περάσει αυτό το ηλεκτρόνιο στο ηλεκτρόδιο. Αυτή η διαδικασία προκαλεί μια συσσώρευση φόρτισης, η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Παραδοσιακά, οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι αποδέκτες σε OSC ήταν υλικά που βασίζονται σε φουλλερένη - ένα μόριο αποτελούμενο από 60 άτομα άνθρακα ενωμένα σε μια δομή που μοιάζει με μια μπάλα ποδοσφαίρου. Ωστόσο, με τους αποδέκτες φουλλερενίου η αποδοτικότητα των OSC περιορίστηκε σε περίπου 10%. Με άλλα λόγια, μόνο το 10% του ηλιακού φωτός που έπληξε το ηλιακό κύτταρο μετατράπηκε σε ηλεκτρική ενέργεια. Επομένως, οι ερευνητές ξεκίνησαν να διερευνούν νέους τύπους επιπέδων δέκτη ως μέσο για την αύξηση της αποτελεσματικότητας του OSC.

Η σημαντική ανακάλυψη που επέτρεψε στα OSC να επιτύχουν υψηλότερες αποδόσεις ήταν η ανάπτυξη αποδεκτών χωρίς φουλερενίου (NFA). Με τα NFA η απόδοση των OSC αυξήθηκε απότομα - έως 18% σε λίγα χρόνια. Αυτό έφερε τα OSC στο κάτω άκρο του Απόδοση 18% έως 22% του μέσου εμπορικού διαθέσιμου ηλιακού στοιχείου πυριτίου. Αυτή η αύξηση της απόδοσης έχει ξεπεράσει τις προσδοκίες πολλών εμπειρογνωμόνων, μερικοί από τους οποίους άρχισαν να εργάζονται στον τομέα όταν η αποτελεσματικότητα των OSC κυμαινόταν περίπου στο 3%. «Εάν πριν από 10 χρόνια μου είπες ότι θα έχουμε οργανικά ηλιακά κύτταρα με απόδοση 18%, θα γελούσα», λέει ο Marder.  

Εμπόδια στην υπερνίκηση

Υπάρχει ακόμη πολύ δουλειά που πρέπει να γίνει πριν από την ευρεία εμπορία των OSC. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις είναι οι διαλύτες που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία κατασκευής. Τα περισσότερα από τα OSC με την υψηλότερη απόδοση κατασκευάζονται με χλωριωμένους διαλύτες, οι οποίοι παρουσιάζουν κινδύνους τόσο για την υγεία όσο και για το περιβάλλον. «Κατά την αναβάθμιση της παραγωγής OSC, πρέπει να λάβετε υπόψη την έκθεση των ατόμων που θα εργάζονται στα εργοστάσια παραγωγής», λέει ο Bernard Kippelen, καθηγητής ηλεκτρολόγων και μηχανολόγων υπολογιστών της Georgia Tech. Η μέχρι σήμερα έρευνα έχει επικεντρωθεί σε μεγάλο βαθμό στην απόκτηση ολοένα και υψηλότερων αποδόσεων, αλλά όπως λέει ο Kippelen, «χρειαζόμαστε μια προσέγγιση που να υπερβαίνει μόνο έναν αριθμό». Για να καταστούν τα OSC μια βιώσιμη τεχνολογία, η διαδικασία κατασκευής πρέπει να βελτιστοποιηθεί για να καταστεί ασφαλέστερη και πιο οικονομική.

Ένα άλλο εμπόδιο στη μαζική παραγωγή OSCs είναι η διαφορά μεταξύ της αποτελεσματικότητας των μεμονωμένων κυττάρων που δοκιμάστηκαν υπό ιδανικές εργαστηριακές συνθήκες και των αποτελεσμάτων που έχουν αποδειχθεί για μεγαλύτερες μονάδες. Τα μεμονωμένα κελιά μπορούν να έχουν υψηλή απόδοση, αλλά η συναρμολόγηση πολλαπλών στοιχείων σε μονάδες, πίνακες ή συστοιχίες απαιτεί πρόσθετες ηλεκτρικές συνδέσεις που θα μειώσουν την απόδοση. Ωστόσο, όπως επισημαίνει ο Kippelen, αναμένονται τέτοιου είδους διαφορές. «Χρειάζεται λίγος χρόνος πριν από την αύξηση της αποτελεσματικότητας των κυττάρων αντανακλάται στην αποτελεσματικότητα των μονάδων που έρχονται από τις γραμμές παραγωγής», λέει. «Το ίδιο ισχύει και για τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου.»

Η χρηματοδότηση για έρευνα OSC είναι μια άλλη ανησυχία. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, μεγάλο μέρος της χρηματοδότησης για την έρευνα ηλιακών κυττάρων προέρχεται από κυβερνητικές υπηρεσίες, όπως το Υπουργείο Ενέργειας. Ωστόσο, σύμφωνα με τον Kippelen «πολλές πηγές χρηματοδότησης έχουν ξεραθεί για να κάνουν έρευνα σχετικά με το OSC», λόγω της εμφάνισης μιας ταχέως αναπτυσσόμενης τάξης ηλιακών κυττάρων που ονομάζεται περοβσκίτες. «Υπήρξε πολύ ενθουσιασμός σχετικά με τη χρήση των περοβσκίτων, επειδή η αποτελεσματικότητά τους είναι ακόμη υψηλότερη από το πυρίτιο σε ορισμένες περιπτώσεις», λέει ο Kippelen. Ωστόσο, ακόμη και όταν η χρηματοδότηση για OSC έχει μειωθεί στις ΗΠΑ, η Κίνα συνεχίζει να ηγείται της έρευνας και ανάπτυξης του OSC. «Το ποσό της εργασίας [στην έρευνα OSC] στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι ένα μικρό κλάσμα του ποσού της εργασίας στην Κίνα», λέει ο Marder. «Άνθρωποι στην Κίνα κάνουν αυτό το πλήγμα». 

Λόγοι αισιοδοξίας

Η μελλοντική παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας θα συνεχίσει να αυξάνεται, ειδικά καθώς οι αναπτυσσόμενες χώρες επιδιώκουν τα ίδια οφέλη της παραγωγής ενέργειας κατ 'απαίτηση που απολαμβάνουν οι ανεπτυγμένες χώρες. Ερευνητές όπως οι Marder, Kippelen, Jeffries-EL και So λένε ότι η τεχνολογία OSC έχει τη δυνατότητα να διαδραματίσει έναν μοναδικό και σημαντικό ρόλο στην παγκόσμια μετάβαση προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Η πρόσφατη αύξηση της απόδοσης OSC στο 18% έχει πολλούς ερευνητές που εργάζονται για να προωθήσουν αυτήν την τεχνολογία και οι επιστήμονες εξετάζουν τώρα τα διαδοχικά OSC (τα οποία χρησιμοποιούν δύο διαφορετικά υλικά που απορροφούν διαφορετικά μήκη κύματος του ηλιακού φωτός) για να συλλάβουν ακόμη περισσότερη ενέργεια. Ορισμένοι ελπίζουν ότι αυτή η εξέλιξη θα μπορούσε να αυξήσει ακόμη περισσότερο την απόδοση του OSC - έως και 20%.

Η Kippelen απαιτεί μακροπρόθεσμη προβολή της τεχνολογίας OSC. «Η ηλιακή τεχνολογία θα είναι εδώ και πολύ καιρό», λέει, «και πιστεύω πραγματικά ότι το OSC, με τον καιρό, θα καθιερωθεί ως μια πραγματικά σημαντική τεχνολογία».

Σχετικά με το Συγγραφέας

 Η Kellie Stellmach είναι απόφοιτος φοιτητής που ακολουθεί το διδακτορικό της. στη χημεία στο Georgia Tech. Είναι παθιασμένη με την ανάπτυξη νέων οργανικών υλικών για την αντιμετώπιση περιβαλλοντικών προκλήσεων και προκλήσεων αειφορίας. Η τρέχουσα έρευνά της επικεντρώνεται στη σύνθεση πολυμερών χαμηλής οροφής με πιθανές εφαρμογές ως ανακυκλώσιμα υλικά.

Σχετικά βιβλία

Ανάλυση: Το πιο περιεκτικό σχέδιο που έχει προταθεί ποτέ για την αντιστροφή της υπερθέρμανσης του πλανήτη

των Paul Hawken και Tom Steyer
Αντιμέτωποι με τον εκτεταμένο φόβο και την απάθεια, ένας διεθνής συνασπισμός ερευνητών, επαγγελματιών και επιστημόνων συγκεντρώθηκε για να προσφέρει ένα σύνολο ρεαλιστικών και τολμηρών λύσεων για την κλιματική αλλαγή. Εκατό τεχνικές και πρακτικές περιγράφονται εδώ - μερικές είναι γνωστές. μερικοί που ίσως δεν έχετε ακούσει ποτέ. Κυμαίνονται από την καθαρή ενέργεια έως την εκπαίδευση κοριτσιών σε χώρες χαμηλού εισοδήματος έως τις πρακτικές χρήσης γης που τραβούν τον άνθρακα από τον αέρα. Οι λύσεις υπάρχουν, είναι οικονομικά βιώσιμες και οι κοινότητες σε όλο τον κόσμο τις εφαρμόζουν με δεξιότητα και αποφασιστικότητα. Διαθέσιμο στο Amazon

Σχεδιασμός κλιματικών λύσεων: Ένας οδηγός πολιτικής για ενέργεια χαμηλών εκπομπών άνθρακα

των Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Με τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής ήδη σε εμάς, η ανάγκη μείωσης των παγκόσμιων εκπομπών αερίων θερμοκηπίου δεν είναι τίποτα λιγότερο από επείγουσα. Είναι μια τρομακτική πρόκληση, αλλά οι τεχνολογίες και οι στρατηγικές για την αντιμετώπισή της υπάρχουν σήμερα. Ένα μικρό σύνολο ενεργειακών πολιτικών, σχεδιασμένων και εφαρμοσμένων καλά, μπορεί να μας οδηγήσει στο δρόμο για ένα μέλλον χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Τα ενεργειακά συστήματα είναι μεγάλα και περίπλοκα, επομένως η ενεργειακή πολιτική πρέπει να είναι εστιασμένη και οικονομικά αποδοτική. Οι προσεγγίσεις ενός μεγέθους για όλους δεν θα κάνουν τη δουλειά. Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής χρειάζονται έναν σαφή, περιεκτικό πόρο που περιγράφει τις ενεργειακές πολιτικές που θα έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στο μέλλον μας για το κλίμα, και περιγράφει πώς να σχεδιάσουμε αυτές τις πολιτικές καλά. Διαθέσιμο στο Amazon

Αυτό αλλάζει τα πάντα: Ο καπιταλισμός εναντίον του κλίματος

από τη Naomi Klein
In Αυτό αλλάζει τα πάντα Η Naomi Klein υποστηρίζει ότι η κλιματική αλλαγή δεν είναι απλώς ένα άλλο ζήτημα που πρέπει να αρχειοθετηθεί μεταξύ των φόρων και της υγειονομικής περίθαλψης. Είναι ένας συναγερμός που μας καλεί να διορθώσουμε ένα οικονομικό σύστημα που μας ήδη αποτυγχάνει με πολλούς τρόπους. Η Klein αναπτύσσει σχολαστικά την υπόθεση για το πώς η μαζική μείωση των εκπομπών θερμοκηπίου μας είναι η καλύτερη ευκαιρία για ταυτόχρονη μείωση των ανισοτήτων που εκκρεμούν, εκ νέου φαντασία των σπασμένων δημοκρατιών μας και ανοικοδόμηση των τοπικών μας οικονομιών. Εκθέτει την ιδεολογική απελπισία των αρνητών της κλιματικής αλλαγής, τις μεσσιανικές αυταπάτες των επίδοξων γεωμηχανικών και τον τραγικό ήττη πάρα πολλών κύριων πράσινων πρωτοβουλιών. Και δείχνει ακριβώς γιατί η αγορά δεν - και δεν μπορεί - να διορθώσει την κλιματική κρίση, αλλά αντίθετα θα επιδεινώσει τα πράγματα, με ολοένα και πιο ακραίες και οικολογικά επιβλαβείς μεθόδους εξαγωγής, που συνοδεύονται από τον αχαλίνωτο καπιταλισμό καταστροφών. Διαθέσιμο στο Amazon

Από τον εκδότη:
Οι αγορές στο Amazon πηγαίνουν για να αντισταθμίσουν το κόστος μεταφοράς InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, και ClimateImpactNews.com χωρίς κόστος και χωρίς διαφημιστές που παρακολουθούν τις συνήθειες περιήγησής σας. Ακόμα κι αν κάνετε κλικ σε έναν σύνδεσμο αλλά δεν αγοράσετε αυτά τα επιλεγμένα προϊόντα, οτιδήποτε άλλο αγοράζετε στην ίδια επίσκεψη στο Amazon μας πληρώνει μια μικρή προμήθεια. Δεν υπάρχει επιπλέον κόστος για εσάς, οπότε συμβάλλετε στην προσπάθεια. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήστε αυτό το σύνδεσμο για χρήση στο Amazon ανά πάσα στιγμή, ώστε να μπορείτε να υποστηρίξετε τις προσπάθειές μας.

 

Αυτό το άρθρο αρχικά εμφανίστηκε Ensia