Ligesom traditionel silicium-solteknologi forvandler OSC'er solens energi til brugbar elektricitet. Men de er langt mere alsidige end konventionelle solceller. OSC'er er lette og fleksible og kan gøres til at være halvgennemsigtige eller i forskellige farver. Disse kvaliteter giver dem potentielle anvendelser til tekstil-, køretøjs- og bygningsintegrerede solceller og til at skabe strøm i områder, hvor den ikke findes.

Unikke applikationer

Mens der er behov for yderligere finansiering og forskning for at bringe OSC'er til det kommercielle marked, er eksperter enige om, at de vil spille en vigtig rolle i fremtiden for solteknologi. Når det er sagt, vil de ikke erstatte eller konkurrere head-to-head med silicium solceller. "Vi bør ikke forvente at se ekspansive felter af OSC'er, som dem der genererer gigawatt strøm på silicium-solfarme," siger Seth Marder, en kemiprofessor ved Georgia Tech. Silicium solenergi er velegnet til at levere storskala solenergi, mens OSC'er har andre unikke styrker, der styrer dens virkelige applikationer. 

To unikke træk ved OSC'er er deres tyndhed og fleksibilitet. Mens en typisk silicium-solcelle er omtrent lige så tyk som den gennemsnitlige bredde på et menneskehår, er de fleste OSC'er cirka tusind gange tyndere. På grund af deres tyndhed og fleksibilitet kan OSC'er fremstilles på buede overflader og fleksible bagsider. For eksempel kan de lappes eller integreres i stoffet i telte, rygsække og endda tøj. De fleste af disse produkter er stadig under udvikling og indtager et nichemarked, men de demonstrerer den innovative kreativitet, som OSC'er leverer. Med OSC-teknologien er mulighederne for, hvor solceller kan bruges, blevet udvidet meget ud over kun hustage og solfarme.

OSC'er kan også gøres gennemsigtige, semitransparente eller i forskellige farver. Som et resultat er der mange potentielle applikationer til arkitektonisk brug. For eksempel kunne transparente OSC'er integreres i vinduer for at generere energi fra sollys, der ellers kan varme et rum og bidrage til højere klimaanlæg. Franky So, en professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved North Carolina State University, tilbyder endnu en applikation: OSC'er kan bruges i soltag til at hjælpe med at drive elektriske og hybridbiler.

Derudover gør lave investeringer foran og potentielt lave produktforsendelsesomkostninger OSC-teknologi tilgængelig for samfund i udviklingslande, der mangler adgang til et elnet og de økonomiske midler til at opbygge en. OSC'er har en unik evne til at "bringe magt, hvor magt ikke eksisterer," forklarer Malika Jeffries-EL, lektor i kemi ved Boston University. I disse tilfælde kunne OSC-teknologi levere væsentlig elektricitet i de mindre mængder, der er nødvendige til opgaver såsom belysning, opladning af mobiltelefoner og kølemedicin og vacciner.

Et andet salgsargument for OSC'er er, at de er mindre energiintensive at fremstille end silicium solceller. Ekstremt varme ovne - op til 1,500 ° C (2,700 ° F) - er nødvendige for at generere silicium med høj renhed til siliciumsolceller. Til sammenligning kan store OSC'er fremstilles ved simpelthen at udskrive cellens lag på en bagside i en proces svarende til den, der bruges til at udskrive aviser. Fordi denne proces bruger mindre energi, har OSC'er en signifikant kortere tilbagebetalingstid end siliciumceller. Med andre ord kræver OSC'er kortere tid at generere den mængde energi, det tog at fremstille dem.

Hvordan det virker

Den første organiske solcelle blev udviklet i 1958, men det var først i 2000'erne, at OSC'er så en betydelig stigning i effektiviteten. Denne forbedrede OSC-teknologi opstod fra området for organiske lysdioder, almindeligvis kendt som OLED'er. OLED-teknologi bruges til mange tv- og telefonskærme på markedet i dag. I en OLED-skærm udsender et lag af organiske molekyler (molekyler, der primært består af kulstof- og brintatomer) lys, når der tilføres en elektrisk strøm. OSC'er fungerer stort set på den modsatte måde - laget af organiske molekyler genererer en elektrisk strøm, når de udsættes for lys.

En organisk solcelle består af flere lag af materialer, hvoraf det ene er acceptorlaget. Når sollys rammer cellen, frigives en elektron fra laget af organiske molekyler, og acceptorens opgave er at overføre denne elektron til elektroden. Denne proces forårsager en opbygning af afgift, hvilket er det, der genererer elektricitet.

Traditionelt var de mest almindeligt anvendte acceptorer i OSC'er materialer baseret på fulleren - et molekyle sammensat af 60 kulstofatomer forbundet sammen i en struktur, der ligner en fodbold. Imidlertid var effektiviteten af ​​OSC'er med fullerenacceptorer begrænset til omkring 10%. Med andre ord blev kun 10% af sollyset, der ramte solcellen, omdannet til elektricitet. Forskere satte sig derfor for at udforske nye typer acceptorlag som et middel til at øge OSC-effektiviteten.

Gennembruddet, der gjorde det muligt for OSC'er at opnå højere effektivitet, var udviklingen af ​​ikke-fulleren-acceptorer (NFA'er). Med NFA'er steg effektiviteten af ​​OSC'er kraftigt - op til 18% på få år. Dette har bragt OSC'er til den nederste ende af 18% til 22% effektivitet af den gennemsnitlige kommercielt tilgængelige silicium solcelle. Denne stigning i effektivitet har overgået forventningerne fra mange eksperter, hvoraf nogle begyndte at arbejde i marken, da effektiviteten af ​​OSC'er svingede omkring kun 3%. ”Hvis du for 10 år siden havde fortalt mig, at vi ville have organiske solceller med 18% effektivitet, ville jeg have grinet,” siger Marder.  

Barrierer for at overvinde

Der er stadig meget arbejde, der skal udføres, før OSC'er kan markedsføres bredt. En af de største udfordringer er de opløsningsmidler, der anvendes i fremstillingsprocessen. De fleste af de mest effektive OSC'er er fremstillet ved hjælp af klorerede opløsningsmidler, der udgør både sundheds- og miljøfarer. "Når man skalerer OSC-produktionen, skal man overveje eksponeringen for mennesker, der skal arbejde i produktionsanlæggene," siger Bernard Kippelen, professor i elektroteknik og computerteknik ved Georgia Tech. Forskningen hidtil har i vid udstrækning fokuseret på at opnå stadig højere effektivitetsgevinster, men som Kippelen siger, "vi har brug for en tilgang, der går langt ud over blot et nummer." For at gøre OSC'er til en levedygtig teknologi skal fremstillingsprocessen optimeres for at gøre den mere sikker og mere omkostningseffektiv.

En anden barriere for masseproduktion af OSC'er er forskellen mellem effektiviteten af ​​individuelle celler testet under ideelle laboratorieforhold og effektiviteten, der er påvist for større moduler. Individuelle celler kan have høj effektivitet, men at samle flere celler i moduler, paneler eller arrays kræver yderligere elektriske forbindelser, der reducerer effektiviteten. Men som Kippelen påpeger, forventes denne slags forskelle. ”Det tager noget tid, før stigningerne i celleeffektivitet afspejles i effektiviteten af ​​moduler, der kommer ud af produktionslinjerne,” siger han. "Det samme var tilfældet med silicium-solceller."

Finansiering til OSC-forskning er en anden bekymring. I USA kommer meget af finansieringen til solcelleforskning fra regeringsorganer såsom Department of Energy. Ifølge Kippelen er "en masse finansieringskilder tørret op for at forske i OSC" på grund af fremkomsten af ​​en hurtigt voksende klasse af solceller kaldet perovskitter. ”Der har været meget spænding omkring brugen af ​​perovskites, fordi deres effektivitet i nogle tilfælde er endnu højere end silicium,” siger Kippelen. Selvom finansieringen til OSC'er er faldet i USA, fortsætter Kina dog fortsat med forskning og udvikling inden for OSC. ”Mængden af ​​arbejde [på OSC-forskning] i USA er en lille brøkdel af mængden af ​​arbejde i Kina,” siger Marder. "Folk i Kina går fuldt ud på dette." 

Årsager til optimisme

Fremtidigt verdens energiforbrug vil fortsat stige, især da udviklingslande stræber efter de samme fordele ved on-demand energiproduktion, som de udviklede lande har. Forskere som Marder, Kippelen, Jeffries-EL og So say OSC-teknologi har potentialet til at spille en unik og vigtig rolle i den globale overgang til vedvarende energi. Den nylige stigning i OSC-effektivitet til 18% har mange forskere, der arbejder for at fremme denne teknologi, og forskere undersøger nu tandem-OSC'er (som bruger to forskellige materialer, der absorberer forskellige sollysbølgelængder) for at fange endnu mere energi. Nogle håber, at denne udvikling kan øge OSC-effektiviteten yderligere - op til 20%.

Kippelen opfordrer til et langsigtet syn på OSC-teknologi. ”Solteknologi kommer til at eksistere i lang tid,” siger han, “og jeg tror virkelig, at OSC med tiden vil etablere sig som en virkelig vigtig teknologi.”

Om forfatteren

 Kellie Stellmach er en kandidatstuderende, der forfølger sin ph.d. i kemi ved Georgia Tech. Hun brænder for at udvikle nye organiske materialer til at tackle miljø- og bæredygtighedsudfordringer. Hendes nuværende forskning fokuserer på syntese af polymerer med lavt loft temperatur med potentielle anvendelser som genanvendelige materialer.

Relaterede bøger

Nedtrapning: Den mest omfattende plan, der nogensinde er blevet foreslået til at vende global opvarmning

af Paul Hawken og Tom Steyer
I lyset af udbredt frygt og apati er en international koalition af forskere, fagfolk og forskere mødtes for at tilbyde et sæt realistiske og dristige løsninger på klimaforandringer. Hundrede teknikker og fremgangsmåder er beskrevet her - nogle er velkendte; nogle du måske aldrig har hørt om. De spænder fra ren energi til at uddanne piger i lande med lavere indkomst til praksis i landbruget, der trækker kulstof ud af luften. Løsningerne findes, er økonomisk levedygtige, og samfund overalt i verden vedtager i øjeblikket dem med dygtighed og beslutsomhed. Fås på Amazon

Design af klimaløsninger: En politikvejledning til lav-kulstofenergi

af Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Da virkningerne af klimaændringerne allerede er over os, er behovet for at reducere de globale drivhusgasemissioner intet mindre end presserende. Det er en skræmmende udfordring, men teknologierne og strategierne til at imødekomme den findes i dag. Et lille sæt energipolitikker, der er designet og implementeret godt, kan sætte os på vejen mod en fremtid med lav kulstofemission. Energisystemer er store og komplekse, så energipolitikken skal være fokuseret og omkostningseffektiv. One-size-fits-all-tilgange får simpelthen ikke jobbet gjort. Politiske beslutningstagere har brug for en klar, omfattende ressource, der skitserer de energipolitikker, der har størst indflydelse på vores klimafremtid, og beskriver, hvordan disse politikker skal designes godt. Fås på Amazon

Dette ændrer alt: kapitalisme vs. klima

af Naomi Klein
In Dette ændrer alt Naomi Klein hævder, at klimaforandringer ikke kun er et andet spørgsmål, der skal indbringes pænt mellem skatter og sundhedsvæsen. Det er en alarm, der opfordrer os til at løse et økonomisk system, der allerede svigter os på mange måder. Klein bygger omhyggeligt sagen for, hvor massivt at reducere vores drivhusemissioner er vores bedste chance for samtidig at mindske gabende uligheder, forestille os vores ødelagte demokratier og genopbygge vores slanke lokale økonomier. Hun udsætter den ideologiske desperation af klimaændringsnægterne, de messianske vrangforestillinger fra de ville være geoengineers og den tragiske nederlag fra for mange mainstream grønne initiativer. Og hun demonstrerer netop, hvorfor markedet ikke har - og ikke kan - løse klimakrisen, men i stedet forværre tingene med stadig mere ekstreme og økologisk ødelæggende udvindingsmetoder ledsaget af voldsom katastrofekapitalisme. Fås på Amazon

Fra udgiveren:
Køb på Amazon går til at bekæmpe omkostningerne ved at bringe dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, , ClimateImpactNews.com uden omkostninger og uden annoncører, der sporer dine browservaner. Selv hvis du klikker på et link, men ikke køber disse valgte produkter, betaler alt andet, du køber i det samme besøg på Amazon, en lille provision. Der er ingen ekstra omkostninger for dig, så vær venlig at bidrage til indsatsen. Du kan også bruge dette link at bruge til Amazon når som helst, så du kan hjælpe med at støtte vores indsats.

 

Denne artikel blev oprindeligt vist på Ensia