La fel ca tehnologia solară tradițională din siliciu, OSC transformă energia soarelui în electricitate utilizabilă. Dar sunt mult mai versatile decât fotovoltaica solară convențională. OSC-urile sunt ușoare și flexibile și pot fi făcute semitransparente sau în diferite culori. Aceste calități le oferă aplicații potențiale pentru celule solare integrate în textile, vehicule și clădiri și pentru crearea de energie în zone în care nu există.

Aplicații unice

Deși sunt necesare finanțări și cercetări suplimentare pentru a aduce OSC-urile pe piața comercială, experții sunt de acord că vor juca un rol important în viitorul tehnologiei solare. Acestea fiind spuse, nu vor înlocui sau vor concura cap la cap cu celule solare din siliciu. „Nu ar trebui să ne așteptăm să vedem câmpuri extinse de OSC-uri, cum ar fi cele care generează gigavati de energie la fermele solare din siliciu”, spune Seth Marder, profesor de chimie la Georgia Tech. Siliconul solar este potrivit pentru furnizarea de energie solară la scară largă, în timp ce OSC-urile au alte puncte forte unice care îi ghidează aplicațiile din lumea reală. 

Două caracteristici unice ale OSC-urilor sunt subțire și flexibilitate. În timp ce o celulă solară tipică din siliciu este la fel de groasă ca lățimea medie a unui fir de păr uman, majoritatea OSC-urilor sunt de aproximativ o mie de ori mai subțiri. Datorită subțirii și flexibilității lor, OSC-urile pot fi fabricate pe suprafețe curbate și suporturi flexibile. De exemplu, pot fi patch-uri sau integrate în țesătura corturilor, rucsacurilor și chiar a îmbrăcămintei. Majoritatea acestor produse sunt încă în curs de dezvoltare și ocupă o nișă de piață, dar demonstrează creativitatea inovatoare pe care OSC-urile o oferă. Cu tehnologia OSC, posibilitățile de utilizare a celulelor solare au fost extinse mult dincolo de acoperișuri și ferme solare.

OSC-urile pot fi, de asemenea, transparente, semitransparente sau în diferite culori. Ca rezultat, există multe aplicații potențiale pentru utilizare arhitecturală. De exemplu, OSC-urile transparente ar putea fi integrate în ferestre pentru a genera energie din lumina soarelui, care altfel ar putea încălzi o cameră și ar contribui la costuri mai mari de aer condiționat. Franky So, profesor de știința materialelor și inginerie la Universitatea de Stat din Carolina de Nord, oferă încă o altă aplicație: OSC-urile ar putea fi utilizate în trapa pentru a alimenta vehiculele electrice și hibride.

În plus, investițiile inițiale reduse și costurile de expediere a produselor potențial reduse fac tehnologia OSC accesibilă comunităților din țările în curs de dezvoltare care nu au acces la o rețea electrică și mijloacele financiare pentru a construi una. OSC au o capacitate unică de a „aduce putere acolo unde puterea nu există”, explică Malika Jeffries-EL, profesor asociat de chimie la Universitatea din Boston. În aceste cazuri, tehnologia OSC ar putea furniza energie electrică esențială în cantități mai mici necesare pentru sarcini precum iluminatul, încărcarea telefoanelor mobile și refrigerarea medicamentelor și vaccinurilor.

Un alt punct de vânzare al OSC este că acestea sunt mai puțin consumatoare de energie pentru a fi fabricate decât celulele solare din siliciu. Cuptoarele extrem de calde - peste 1,500 ° C (2,700 ° F) - sunt necesare pentru a genera siliciu de înaltă puritate pentru celulele solare din siliciu. Prin comparație, OSC-urile la scară largă pot fi fabricate prin simpla imprimare a straturilor celulei pe un suport într-un proces similar cu cel folosit pentru tipărirea ziarelor. Deoarece acest proces consumă mai puțină energie, OSC-urile au un timp de recuperare a energiei semnificativ mai scurt decât celulele din siliciu. Cu alte cuvinte, OSC necesită o perioadă mai scurtă de timp pentru a genera cantitatea de energie necesară pentru a le fabrica.

Cum funcționează

Prima celulă solară organică a fost dezvoltată în 1958, dar abia în anii 2000 OSC-urile au văzut o creștere semnificativă a eficienței. Această tehnologie OSC îmbunătățită a apărut din domeniul diodelor organice care emit lumină, cunoscute în mod obișnuit sub denumirea de OLED. Tehnologia OLED este utilizată pentru multe ecrane de televiziune și telefon de pe piață astăzi. Într-un ecran OLED, un strat de molecule organice (molecule compuse în principal din atomi de carbon și hidrogen) emite lumină atunci când este aplicat un curent electric. OSC funcționează în esență în sens opus - stratul de molecule organice generează un curent electric atunci când este expus la lumină.

O celulă solară organică este alcătuită din mai multe straturi de materiale, dintre care unul este stratul acceptor. Când lumina soarelui lovește celula, un electron este eliberat din stratul de molecule organice, iar sarcina acceptorului este de a transmite acel electron către electrod. Acest proces determină acumularea de sarcină, care generează electricitate.

În mod tradițional, cei mai utilizați acceptori în OSC erau materialele bazate pe fulerene - o moleculă compusă din 60 de atomi de carbon uniți într-o structură care seamănă cu o minge de fotbal. Cu toate acestea, în cazul acceptorilor fullerene, eficiența OSC-urilor a fost limitată la aproximativ 10%. Cu alte cuvinte, doar 10% din lumina soarelui care lovea celula solară a fost transformată în electricitate. Prin urmare, cercetătorii și-au propus să exploreze noi tipuri de straturi de acceptori ca mijloc de a crește eficiența OSC.

Descoperirea care a permis OSC-urilor să obțină o eficiență mai mare a fost dezvoltarea acceptorilor non-fullereni (NFA). Cu NFA-urile, eficiența OSC-urilor a crescut brusc - până la 18% în doar câțiva ani. Acest lucru a adus OSC-urile la capătul inferior al Eficiență de la 18% la 22% a celulei solare medii din siliciu disponibile comercial. Această creștere a eficienței a depășit așteptările multor experți, dintre care unii au început să lucreze în domeniu atunci când eficiența OSC a oscilat în jur de doar 3%. „Dacă acum 10 ani mi-ați fi spus că vom avea celule solare organice cu o eficiență de 18%, aș fi râs”, spune Marder.  

Bariere la depășire

Mai sunt multe de făcut înainte ca OSC-urile să poată fi comercializate pe scară largă. Una dintre cele mai mari provocări este solvenții utilizați în procesul de fabricație. Cele mai multe dintre cele mai performante OSC sunt fabricate folosind solvenți clorurați, care prezintă atât pericole pentru sănătate, cât și pentru mediu. „Când extindeți producția OSC, trebuie să luați în considerare expunerea persoanelor care vor lucra în fabricile de fabricație”, spune Bernard Kippelen, profesor de inginerie electrică și informatică la Georgia Tech. Cercetările de până acum s-au concentrat în mare măsură pe obținerea unor eficiențe din ce în ce mai mari, dar, așa cum spune Kippelen, „avem nevoie de o abordare care să depășească cu mult un singur număr”. Pentru ca OSC-urile să devină o tehnologie viabilă, procesul de fabricație trebuie optimizat pentru a fi mai sigur și mai rentabil.

O altă barieră în calea producției în masă a OSC este diferența dintre eficiența celulelor individuale testate în condiții ideale de laborator și eficiența care a fost demonstrată pentru module mai mari. Celulele individuale pot avea eficiență ridicată, dar asamblarea mai multor celule în module, panouri sau tablouri necesită conexiuni electrice suplimentare care vor scădea eficiența. Cu toate acestea, după cum subliniază Kippelen, se așteaptă acest tip de disparități. „Trece ceva timp până când creșterea eficienței celulelor se reflectă în eficiența modulelor care ies din liniile de fabricație”, spune el. „La fel s-a întâmplat și cu celulele solare din siliciu.”

Finanțarea pentru cercetarea OSC este o altă preocupare. În Statele Unite, o mare parte din finanțarea pentru cercetarea celulelor solare provine de la agenții guvernamentale, cum ar fi Departamentul Energiei. Cu toate acestea, potrivit lui Kippelen, „o mulțime de surse de finanțare s-au uscat pentru a face cercetări despre OSC”, datorită apariției unei clase de celule solare în expansiune rapidă numită perovskite. „A existat o mulțime de entuziasm în ceea ce privește utilizarea perovskitelor, deoarece eficiența lor este chiar mai mare decât siliciu în unele cazuri”, spune Kippelen. Cu toate acestea, chiar dacă finanțarea pentru OSC a scăzut în SUA, China continuă să conducă cercetarea și dezvoltarea OSC. „Cantitatea de muncă [în cercetarea OSC] din Statele Unite reprezintă o mică parte din cantitatea de muncă din China”, spune Marder. „Oamenii din China sunt în plină explozie în acest sens.” 

Motive pentru optimism

Consumul viitor de energie la nivel mondial va continua să crească, mai ales că țările în curs de dezvoltare aspiră la aceleași beneficii ale producției de energie la cerere de care se bucură țările dezvoltate. Cercetători precum Marder, Kippelen, Jeffries-EL și So spun că tehnologia OSC are potențialul de a juca un rol unic și important în tranziția globală către energia regenerabilă. Creșterea recentă a eficienței OSC la 18% are mulți cercetători care lucrează pentru a avansa această tehnologie, iar oamenii de știință se uită acum la OSC tandem (care utilizează două materiale diferite care absorb lungimi de undă distincte ale luminii solare) pentru a capta și mai multă energie. Unii speră că această dezvoltare ar putea crește eficiența OSC și mai mult - până la 20%.

Kippelen solicită o viziune pe termen lung a tehnologiei OSC. „Tehnologia solară va exista mult timp”, spune el, „și cred cu adevărat că OSC, cu timpul, se va consacra ca o tehnologie cu adevărat importantă”.

Despre autor

 Kellie Stellmach este un student absolvent care își urmează doctoratul. în chimie la Georgia Tech. Este pasionată de dezvoltarea de noi materiale organice pentru a aborda provocările legate de mediu și durabilitate. Cercetările sale actuale se concentrează pe sinteza polimerilor cu temperatură scăzută a plafonului cu potențiale aplicații ca materiale reciclabile.

Cărți conexe

Tragere: cel mai cuprinzător plan propus vreodată pentru inversarea încălzirii globale

de Paul Hawken și Tom Steyer
În fața fricii și apatiei răspândite, o coaliție internațională de cercetători, profesioniști și oameni de știință s-au reunit pentru a oferi un set de soluții realiste și îndrăznețe la schimbările climatice. Aici sunt descrise o sută de tehnici și practici - unele sunt bine cunoscute; unele despre care poate nu ai auzit niciodată. Acestea variază de la energie curată la educarea fetelor din țările cu venituri mai mici la practici de utilizare a terenurilor care scot carbonul din aer. Soluțiile există, sunt viabile din punct de vedere economic, iar comunitățile din întreaga lume le adoptă în prezent cu abilitate și determinare. Disponibil pe Amazon

Proiectarea soluțiilor climatice: un ghid politic pentru energia cu conținut scăzut de carbon

de Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Având deja asupra noastră efectele schimbărilor climatice, necesitatea de a reduce emisiile globale de gaze cu efect de seră nu este altceva decât urgentă. Este o provocare descurajantă, dar tehnologiile și strategiile pentru a o îndeplini există astăzi. Un set mic de politici energetice, concepute și implementate bine, ne pot pune pe calea către un viitor cu emisii reduse de carbon. Sistemele energetice sunt mari și complexe, astfel încât politica energetică trebuie să fie concentrată și rentabilă. Abordările unice pentru toate nu vor face treaba. Factorii de decizie politică au nevoie de o resursă clară, cuprinzătoare, care să prezinte politicile energetice care vor avea cel mai mare impact asupra viitorului nostru climatic și să descrie cum să proiectăm bine aceste politici. Disponibil pe Amazon

Acest lucru schimbă totul: capitalism vs. climă

de Naomi Klein
In Acest lucru schimbă totul Naomi Klein susține că schimbările climatice nu sunt doar o altă problemă care trebuie soluționată corect între impozite și asistență medicală. Este o alarmă care ne cheamă să reparăm un sistem economic care deja ne eșuează în multe feluri. Klein construiește meticulos argumentul pentru faptul că reducerea masivă a emisiilor de seră este cea mai bună șansă a noastră de a reduce simultan inegalitățile mari, de a ne reimagina democrațiile sparte și de a reconstrui economiile noastre evacuați. Ea dezvăluie disperarea ideologică a negatorilor schimbărilor climatice, iluziile mesianice ale viitorilor geoingineri și tragicul defetism al prea multor inițiative ecologice principale. Și ea demonstrează tocmai de ce piața nu - și nu poate - remedia criza climatică, ci va înrăutăți lucrurile, cu metode de extracție din ce în ce mai extreme și dăunătoare din punct de vedere ecologic, însoțite de un capitalism dezastruos. Disponibil pe Amazon

De la editor:
Achizițiile de pe Amazon merg să suporte costul aducerii dvs. InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, și ClimateImpactNews.com fără costuri și fără agenți de publicitate care vă urmăresc obiceiurile de navigare. Chiar dacă faceți clic pe un link, dar nu cumpărați aceste produse selectate, orice altceva cumpărați în aceeași vizită pe Amazon ne plătește un mic comision. Nu există costuri suplimentare pentru dvs., așa că vă rugăm să contribuiți la efort. Poti de asemenea folosi acest link de a utiliza în orice moment Amazon, astfel încât să ne puteți sprijini eforturile.

 

Acest articol a apărut inițial pe Ensia