Kuten perinteinen pii-aurinkotekniikka, OSC: t tekevät auringon energiasta käyttökelpoista sähköä. Mutta ne ovat paljon monipuolisempia kuin perinteiset aurinkosähköt. OSC: t ovat kevyitä ja joustavia, ja niistä voidaan tehdä läpinäkyviä tai eri värejä. Nämä ominaisuudet antavat heille mahdollisuuden käyttää tekstiili-, ajoneuvo- ja rakennusintegroituja aurinkokennoja sekä sähkön luomiseen alueilla, joilla sitä ei ole.

Ainutlaatuiset sovellukset

Vaikka OSC: n tuominen kaupallisille markkinoille tarvitaan lisärahoitusta ja tutkimusta, asiantuntijat ovat yhtä mieltä siitä, että niillä on tärkeä rooli aurinkotekniikan tulevaisuudessa. Se ei kuitenkaan korvaa tai kilpaile päähän piin aurinkokennoilla. "Meidän ei pitäisi odottaa näkevämme laajoja OSC-kenttiä, kuten sellaisia, jotka tuottavat gigawattia tehoa pii-aurinkotiloilla", sanoo Georgia Techin kemian professori Seth Marder. Piin aurinko soveltuu suuren mittakaavan aurinkoenergian tuottamiseen, kun taas OSC: llä on muita ainutlaatuisia vahvuuksia, jotka ohjaavat sen reaalimaailman sovelluksia. 

OSC: n kaksi ainutlaatuista ominaisuutta ovat niiden ohuus ja joustavuus. Vaikka tyypillinen pii-aurinkokenno on suunnilleen yhtä paksu kuin hiusten keskimääräinen leveys, useimmat OSC: t ovat noin tuhat kertaa ohuempia. Ohuuden ja joustavuuden ansiosta OSC: t voidaan valmistaa kaareville pinnoille ja joustaville alustoille. Ne voidaan esimerkiksi korjata tai integroida telttojen, reppujen ja jopa vaatteiden kankaaseen. Suurinta osaa näistä tuotteista kehitetään edelleen ja niillä on markkinarako, mutta ne osoittavat OSC: n tarjoaman innovatiivisen luovuuden. OSC-tekniikan avulla aurinkokennojen käyttömahdollisuudet ovat laajentuneet huomattavasti kattojen ja aurinkotilojen ulkopuolelle.

OSC: t voidaan myös tehdä läpinäkyviksi, puoliläpinäkyviksi tai eri väreinä. Tuloksena on monia mahdollisia sovelluksia arkkitehtoniseen käyttöön. Esimerkiksi läpinäkyvät OSC: t voitaisiin integroida ikkunoihin energian tuottamiseksi auringonvalosta, joka muuten saattaa lämmittää huoneen ja lisätä ilmastointikustannuksia. Pohjois-Carolinan osavaltion yliopiston materiaalitieteiden ja tekniikan professori Franky So tarjoaa vielä yhden sovelluksen: OSC: itä voitaisiin käyttää kattoluukkuissa sähkö- ja hybridiajoneuvojen virran saamiseksi.

Lisäksi alhaiset etukäteen tehdyt investoinnit ja mahdollisesti alhaiset tuotteiden lähetyskustannukset tekevät OSC-tekniikasta sellaisten kehitysmaiden yhteisöjen saataville, joilla ei ole pääsyä sähköverkkoon ja taloudellisia resursseja sen rakentamiseen. OSC: llä on ainutlaatuinen kyky "tuoda valtaa siellä, missä voimaa ei ole", kertoo Malika Jeffries-EL, Bostonin yliopiston kemian dosentti. Näissä tapauksissa OSC-tekniikka voisi tarjota välttämätöntä sähköä pienemmissä määrissä, joita tarvitaan tehtäviin, kuten valaistukseen, matkapuhelinten lataamiseen sekä lääkkeiden ja rokotteiden jäähdyttämiseen.

Toinen OSC: n myyntipiste on se, että niiden valmistus on vähemmän energiaintensiivistä kuin pii-aurinkokennojen. Erittäin kuumia uuneja - yli 1,500 ° C (2,700 ° F) - tarvitaan erittäin puhtaiden piien tuottamiseksi pii-aurinkokennoille. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että laajamittaiset OSC: t voidaan valmistaa yksinkertaisesti tulostamalla solukerrokset alustalle samalla tavalla kuin sanomalehtien painamiseen. Koska tämä prosessi kuluttaa vähemmän energiaa, OSC: llä on huomattavasti lyhyempi energian takaisinmaksuaika kuin piikennoilla. Toisin sanoen OSC: t vaativat lyhyemmän ajan tuottaakseen energiamäärän, joka kului niiden valmistamiseen.

Miten se toimii

Ensimmäinen orgaaninen aurinkokenno kehitettiin vuonna 1958, mutta vasta 2000-luvulla OSC: n tehokkuus lisääntyi merkittävästi. Tämä parannettu OSC-tekniikka syntyi orgaanisten valoa emittoivien diodien, yleisesti tunnettujen nimellä OLED, alalla. OLED-tekniikkaa käytetään moniin nykypäivän markkinoilla oleviin televisio- ja puhelinnäyttöihin. OLED-näytössä kerros orgaanisia molekyylejä (molekyylit, jotka koostuvat pääasiassa hiili- ja vetyatomista), lähettää valoa, kun sähkövirtaa käytetään. OSC: t toimivat olennaisesti päinvastoin - orgaanisten molekyylien kerros tuottaa sähkövirtaa altistettaessa valolle.

Orgaaninen aurinkokenno koostuu useista materiaalikerroksista, joista yksi on akseptorikerros. Kun auringonvalo osuu soluun, elektroni vapautuu orgaanisten molekyylien kerroksesta, ja akseptorin tehtävä on siirtää elektroni elektrodille. Tämä prosessi aiheuttaa varauksen kertymisen, mikä tuottaa sähköä.

Perinteisesti OSC: n yleisimmin käytetyt hyväksyjät olivat fullereeniin perustuvat materiaalit - molekyyli, joka koostuu 60 hiiliatomista, jotka on liitetty yhteen rakenteeseen, joka muistuttaa jalkapalloa. Fullereeniakseptoreilla OSC: n tehokkuus rajoitettiin kuitenkin noin 10 prosenttiin. Toisin sanoen vain 10% aurinkokennoon osuvasta auringonvalosta muuttui sähköksi. Siksi tutkijat pyrkivät tutkimaan uudentyyppisiä akseptorikerroksia keinona lisätä OSC: n tehokkuutta.

Läpimurto, joka mahdollisti OSC: n saavuttaa suurempia hyötysuhteita, oli ei-fullereeniakteptoreiden (NFA) kehittäminen. NFA: n myötä OSC: n tehokkuus kasvoi jyrkästi - jopa 18% muutamassa vuodessa. Tämä on tuonut OSC: t alempaan päähän 18–22% hyötysuhde keskimääräisestä kaupallisesti saatavasta pii-aurinkokennosta. Tämä tehokkuuden nousu on ylittänyt monien asiantuntijoiden odotukset. Jotkut heistä alkoivat työskennellä kentällä, kun OSC: n tehokkuus oli vain 3%. "Jos 10 vuotta sitten olisit sanonut minulle, että meillä on orgaanisia aurinkokennoja, joiden hyötysuhde on 18%, olisin nauranut", Marder sanoo.  

Esteet voittamiseen

OSC: iden laajaan markkinointiin on vielä paljon tehtävää. Yksi suurimmista haasteista on valmistusprosessissa käytetyt liuottimet. Suurin osa parhaiten toimivista OSC: istä valmistetaan klooratuilla liuottimilla, jotka aiheuttavat sekä terveys- että ympäristöhaittoja. "Kun laajennat OSC-valmistusta, sinun on otettava huomioon tehtailla työskentelevien ihmisten altistuminen", sanoo Georgia Techin sähkö- ja tietotekniikan professori Bernard Kippelen. Tähänastinen tutkimus on keskittynyt suurelta osin yhä suurempien hyötysuhteiden saamiseen, mutta kuten Kippelen sanoo, "tarvitsemme lähestymistavan, joka ylittää selvästi vain yhden numeron." Jotta OSC: stä tulisi elinkelpoinen tekniikka, valmistusprosessi on optimoitava turvallisemmaksi ja kustannustehokkaammaksi.

Toinen este OSC: n massatuotannolle on ero ihanteellisissa laboratorio-olosuhteissa testattujen yksittäisten solujen hyötysuhteiden ja suuremmille moduuleille osoitettujen hyötysuhteiden välillä. Yksittäisillä kennoilla voi olla korkea hyötysuhde, mutta useiden kennojen kokoaminen moduuleiksi, paneeleiksi tai matriiseiksi vaatii ylimääräisiä sähköliitäntöjä, jotka heikentävät tehokkuutta. Kuten Kippelen huomauttaa, tällaisia ​​eroja on kuitenkin odotettavissa. "Kestää jonkin aikaa, ennen kuin kennojen tehokkuuden kasvu heijastuu tuotantolinjoilta tulevien moduulien hyötysuhteisiin", hän sanoo. "Sama pätee pii-aurinkokennoihin."

OSC-tutkimuksen rahoitus on toinen huolenaihe. Yhdysvalloissa suuri osa aurinkokennotutkimuksen rahoituksesta tulee valtion virastoilta, kuten energiaministeriöltä. Kuitenkin Kippelenin mukaan "monet rahoituslähteet ovat jonkin verran kuivuneet OSC-tutkimusta varten", koska nopeasti kasvava aurinkokennoluokka on nimeltään perovskiittien. "Perovskiittien käytössä on ollut paljon jännitystä, koska niiden hyötysuhde on joissakin tapauksissa jopa piitä korkeampi", Kippelen sanoo. Vaikka OSC: n rahoitus on vähentynyt Yhdysvalloissa, Kiina jatkaa OSC: n tutkimuksen ja kehityksen kärkeä. "[OSC-tutkimukseen liittyvä] työn määrä Yhdysvalloissa on pieni murto-osa Kiinassa tehdystä työstä", Marder sanoo. "Kiinassa ihmiset ovat täydessä räjähdyksessä tähän." 

Syyt optimismiin

Tulevaisuuden maailman energiankulutus kasvaa edelleen, varsinkin kun kehitysmaat pyrkivät saamaan samoja etuja energiantuotannosta, josta kehittyneet maat nauttivat. Tutkijat, kuten Marder, Kippelen, Jeffries-EL ja Joten, OSC-tekniikalla on potentiaalia olla ainutlaatuinen ja tärkeä rooli siirtymässä kohti uusiutuvaa energiaa. Äskettäisessä OSC-tehokkuuden kasvussa 18 prosenttiin monet tutkijat pyrkivät edistämään tätä tekniikkaa, ja tutkijat etsivät nyt tandem-OSC: itä (jotka käyttävät kahta erilaista materiaalia, jotka absorboivat selkeät auringonvalon aallonpituudet) saadakseen vielä enemmän energiaa. Jotkut toivovat, että tämä kehitys voi lisätä OSC: n tehokkuutta entisestään - jopa 20%.

Kippelen vaatii pitkän aikavälin näkemystä OSC-tekniikasta. "Aurinkotekniikkaa tulee olemaan käytössä pitkään", hän sanoo, "ja uskon todella, että OSC vakiintuu ajan myötä todella tärkeäksi tekniikaksi."

Author

 Kellie Stellmach on jatko-opiskelija jatko-opiskelijana. kemian alalta Georgia Tech. Hän on intohimoisesti kehittänyt uusia orgaanisia materiaaleja vastaamaan ympäristö- ja kestävyyshaasteisiin. Hänen nykyinen tutkimus keskittyy matalan katon lämpötilan polymeerien synteesiin, jota voidaan käyttää kierrätettävinä materiaaleina.

Liittyvät kirjat

Laskutus: Kaikkein kattavin suunnitelma, jota koskaan ehdotettiin maailmanlaajuisen lämpenemisen kääntämiseksi

Paul Hawken ja Tom Steyer
Laajasti levinneen pelon ja apatian edessä kansainvälinen tutkijoiden, ammattilaisten ja tutkijoiden koalitio on koonnut tarjoamaan joukon realistisia ja rohkeita ratkaisuja ilmastonmuutokseen. Tässä on kuvattu sata tekniikkaa ja käytäntöä - jotkut ovat hyvin tunnettuja; jotkut, joita et ole koskaan kuullut. Ne vaihtelevat puhtaasta energiasta tyttärien kouluttamiseen pienituloisissa maissa maankäytön käytäntöihin, jotka vetävät hiiltä pois ilmassa. Ratkaisut ovat olemassa, ovat taloudellisesti kannattavia ja yhteisöt kaikkialla maailmassa toteuttavat niitä taitavasti ja päättäväisesti. Saatavana Amazon

Ilmastoratkaisujen suunnittelu: Poliittinen opas vähähiiliseen energiaan

Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Koska ilmastonmuutoksen vaikutukset ovat jo kohdanneet, tarve vähentää maailmanlaajuisia kasvihuonekaasupäästöjä on kiireellistä. Se on pelottava haaste, mutta tekniikat ja strategiat sen täyttämiseksi ovat olemassa tänään. Pieni joukko energiapolitiikkoja, jotka on suunniteltu ja toteutettu hyvin, voivat viedä meidät polulle vähähiiliseen tulevaisuuteen. Energiajärjestelmät ovat suuria ja monimutkaisia, joten energiapolitiikan on oltava kohdennettua ja kustannustehokasta. Yksi koko sopiva lähestymistapa ei yksinkertaisesti saa aikaan työtä. Päättäjät tarvitsevat selkeän, kattavan resurssin, jossa hahmotellaan energiapolitiikat, joilla on suurin vaikutus ilmastotulevaisuuteen, ja kuvataan, miten nämä politiikat suunnitellaan hyvin. Saatavana Amazon

Tämä muuttaa kaikkea: kapitalismi vs. ilmasto

kirjoittanut Naomi Klein
In Tämä muuttaa kaiken Naomi Klein väittää, että ilmastonmuutos ei ole pelkästään toinen asia, joka on jätettävä verojen ja terveydenhuollon välillä. Se on hälytys, joka kutsuu meitä vahvistamaan taloudellisen järjestelmän, joka on jo meitä monin tavoin epäonnistumassa. Klein rakentaa huolellisesti tapaa, jolla kasvihuonekaasupäästömme vähentäminen on meidän tilaisuutemme vähentää samanaikaisesti eriarvoisuutta, kuvitella rikkoutuneita demokratiojamme uudelleen ja rakentaa taloutemme. Hän paljastaa ilmastonmuutoksen denierien ideologisen epätoivon, mahdollisten geoengineerien messiaaniset harhaluulot ja liian monien vihreiden aloitteiden traagisen defeatismin. Ja hän osoittaa täsmälleen, miksi markkinat eivät ole - eivätkä voi - korjata ilmastokriisiä, vaan pahentavat sen sijaan entistä äärimmäisempiä ja ekologisesti haitallisia uuttomenetelmiä, joihin liittyy riehuva katastrofi kapitalismi. Saatavana Amazon

Julkaisijasta:
Ostot Amazon-palvelussa kulkevat sinut tuodakseen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ja ClimateImpactNews.com maksutta ja ilman mainostajia, jotka seuraavat seurantatapojasi. Vaikka napsautat linkkiä, mutta älä osta näitä valittuja tuotteita, kaikki muut, jotka ostat samassa Amazon-vierailussa, maksaa meille pienen palkkion. Sinulle ei aiheudu lisäkustannuksia, joten olkaa hyvä ja edistäkää työtä. Voit myös käytä tätä linkkiä käyttää Amazonia milloin tahansa, jotta voit auttaa tukemaan ponnisteluja.

 

Tämä artikkeli on alun perin ilmestynyt Ensia