כמו טכנולוגיית השמש הסיליקונית המסורתית, OSCs הופכים את אנרגיית השמש לחשמל שמיש. אבל הם הרבה יותר שימושיים מאשר פוטו וולטאיקה סולארית קונבנציונאלית. OSC הם קלים וגמישים וניתן להפוך אותם לחצי שקוף או בצבעים שונים. איכויות אלה מקנות להם יישומים פוטנציאליים לתאי שמש טקסטיל, רכב ובניין משולב, וליצירת כוח באזורים בהם הוא אינו קיים.

יישומים ייחודיים

אמנם יש צורך במימון ובמחקר נוסף בכדי להביא OSC לשוק המסחרי, אך מומחים מסכימים כי הם ימלאו תפקיד חשוב בעתיד הטכנולוגיה הסולארית. עם זאת, הם לא יחליפו או יתחרו ראש בראש בתאי שמש סיליקון. "אנחנו לא צריכים לצפות לראות שדות נרחבים של OSCs, כמו אלה שמייצרים ג'יגה-וואט כוח בחוות סולריות מסיליקון", אומר סת מרדר, פרופסור לכימיה בג'ורג'יה טק. השמש הסיליקונית מתאימה לאספקת אנרגיה סולארית בקנה מידה גדול, בעוד ל- OSC יש חוזקות ייחודיים אחרים שמנחים את היישומים שלה בעולם האמיתי. 

שני מאפיינים ייחודיים של OSC הם רזון וגמישותם. בעוד שתא סולארי מסיליקון טיפוסי עבה בערך כמו הרוחב הממוצע של שיער אנושי, מרבית ה- OSC רזים פי אלף בערך. בגלל הרזון והגמישות שלהם, OSCs יכולים להיות מפוברקים על משטחים מעוקלים וגבים גמישים. לדוגמה, הם יכולים להיות טלאים או להשתלב בבד של אוהלים, תרמילים ואפילו בגדים. מרבית המוצרים הללו עדיין נמצאים בפיתוח ותופסים שוק נישה, אך הם מדגימים את היצירתיות החדשנית שמציעים OSCs. בעזרת טכנולוגיית OSC, האפשרויות לשימוש בתאים סולאריים הורחבו מאוד מעבר לגגות ולחוות סולאריות.

OSCs יכולים גם להיות שקופים, שקופים למחצה או בצבעים שונים. כתוצאה מכך, קיימים יישומים פוטנציאליים רבים לשימוש אדריכלי. לדוגמה, OSC שקוף יכול להיות משולב בחלונות כדי לייצר אנרגיה מאור השמש שאחרת עשוי לחמם את החדר ולתרום לעלויות מיזוג גבוה יותר. פרנקי סו, פרופסור למדעי החומרים וההנדסה באוניברסיטת מדינת צפון קרוליינה, מציע יישום נוסף: ניתן להשתמש ב- OSC בגגות שמש כדי לסייע בהנעת כלי רכב חשמליים והיברידיים.

בנוסף, השקעה מקדימה נמוכה ועלויות משלוח נמוכות למוצרים מנגישות את טכנולוגיית OSC לקהילות במדינות מתפתחות אשר חסרות גישה לרשת חשמל והאמצעים הכספיים לבנות אחת. OSCs הם בעלי יכולת ייחודית "להביא כוח במקום בו אין כוח", מסבירה מליקה ג'פריס-אל, פרופסור חברה לכימיה באוניברסיטת בוסטון. במקרים אלה, טכנולוגיית OSC יכולה לספק חשמל חיוני בכמויות קטנות יותר הדרושות למשימות כגון תאורה, טעינת טלפונים סלולריים, ותרופות קירור וחיסונים.

נקודת מכירה נוספת של OSCs היא שהם פחות יעילים אנרגיה לייצור מאשר תאי שמש סיליקון. תנורים חמים במיוחד - מעל 1,500 מעלות צלזיוס (2,700 מעלות צלזיוס) - נדרשים לייצור סיליקון בעל טוהר גבוה עבור תאים סולאריים מסיליקון. לשם השוואה, ניתן לייצר OSC בקנה מידה גדול על ידי פשוט הדפסת שכבות התא על גבי גיבוי בתהליך דומה לזה ששימש להדפסת עיתונים. מכיוון שתהליך זה צורך פחות אנרגיה, ל- OSC יש זמן החזר אנרגיה קצר משמעותית מאשר לתאי סיליקון. במילים אחרות, OSCs דורשים זמן קצר יותר כדי לייצר את כמות האנרגיה שנדרשה לייצורם.

איך זה עובד

התא הסולארי האורגני הראשון פותח בשנת 1958, אך רק בשנות האלפיים רואים כי ה- OSCs גברה משמעותית ביעילות. טכנולוגיית OSC משופרת זו הגיעה מתחום הדיודות הפולטות אור אורגניות, הידועות בכינויו OLED. טכנולוגיית OLED משמשת למסכי טלוויזיה וטלפון רבים כיום בשוק. במסך OLED שכבת מולקולות אורגניות (מולקולות המורכבות בעיקר מאטומי פחמן ומימן) פולטת אור כאשר מרימים זרם חשמלי. OSCs פועלים באופן הפוך למעשה - שכבת המולקולות האורגניות מייצרת זרם חשמלי כאשר היא נחשפת לאור.

תא סולארי אורגני מורכב ממספר שכבות של חומרים, אחד מהם הוא שכבת הקבלה. כאשר אור השמש פוגע בתא, משתחרר אלקטרון משכבת ​​המולקולות האורגניות, ותפקידו של המקבל הוא להעביר את האלקטרון הזה לאלקטרודה. תהליך זה גורם להצטברות מטען, וזה מה שמייצר חשמל.

באופן מסורתי, המקבלים הנפוצים ביותר ב- OSC היו חומרים המבוססים על פולרן - מולקולה המורכבת מ -60 אטומי פחמן המחוברים יחד במבנה הדומה לכדור כדורגל. עם זאת, עם מקבלי פולרן היעילות של OSCs הוגבלה לכ -10%. במילים אחרות, רק 10% מאור השמש הפוגע בתא השמש הוסב לחשמל. לכן החוקרים החלו לחקור סוגים חדשים של שכבות מקבלים כאמצעי להגברת יעילות ה- OSC.

פריצת הדרך שאפשרה ל- OSC להשיג יעילות גבוהה יותר הייתה פיתוחם של מקבלי non-fullerene (NFA). עם NFAs היעילות של OSCs גדלה מאוד - עד% 18 תוך כמה שנים בלבד. זה הביא OSCs לקצה התחתון של יעילות של 18% עד 22% מהתא הסולארי הממוצע המסחרי של סיליקון. עלייה זו ביעילות עלתה על ציפיותיהם של מומחים רבים, שחלקם החלו לעבוד בתחום כאשר היעילות של OSCs נע סביב 3% בלבד. "אם לפני 10 שנים היית אומר לי שיהיו לנו תאים סולריים אורגניים בעלי יעילות של 18%, הייתי צוחק", אומר מרדר.  

חסמים להתגבר

יש עוד עבודה רבה לפני שניתן יהיה לשווק OSCs באופן נרחב. אחד האתגרים הגדולים ביותר הוא הממיסים המשמשים בתהליך הייצור. מרבית מערכות ה- OSC המובילות ביותר מיוצרות באמצעות ממיסים כלוריים, המהווים סכנות בריאותיות וסביבתיות. "כשמגדילים את ייצור ה- OSC, אתה צריך לקחת בחשבון את החשיפה של אנשים שיעבדו במפעלי הייצור", אומר ברנרד קיפלן, פרופסור להנדסת חשמל ומחשבים בג'ורג'יה טק. המחקר עד כה התמקד בעיקר בהשגת יעילות גבוהה יותר ויותר, אך כפי שאומר כיפלן, "אנו זקוקים לגישה החורגת מעבר למספר אחד בלבד." כדי להפוך את ה- OSC לטכנולוגיה בת קיימא, יש לייעל את תהליך הייצור כדי שיהיה בטוח יותר וחסכוני יותר.

חסם נוסף לייצור המוני של OSCs הוא ההבדל בין היעילות של תאים בודדים שנבדקו בתנאי מעבדה אידיאליים, לבין היעילות שהוכחה עבור מודולים גדולים יותר. לתאים בודדים יכולה להיות יעילות גבוהה, אך הרכבת תאים מרובים למודולים, פאנלים או מערכים דורשת חיבורים חשמליים נוספים שיקטינו את היעילות. עם זאת, כפי שקיפלן מציין, צפויים פערים מסוג זה. "לוקח קצת זמן עד שהעלייה ביעילות התאים באה לידי ביטוי ביעילות המודולים שיוצאים מקווי הייצור", הוא אומר. "הדבר נכון גם לגבי תאים סולריים מסיליקון."

מימון למחקר OSC הוא דאגה נוספת. בארצות הברית, חלק ניכר מהמימון לחקר תאים סולאריים מגיע מסוכנויות ממשלתיות, כמו משרד האנרגיה. עם זאת, על פי קיפלן "הרבה מקורות מימון התייבשו כדי לבצע מחקר על OSC", בגלל הופעתו של סוג תאים סולארי המתרחב במהירות ונקרא פרובסקיטים. "הייתה התרגשות רבה סביב השימוש בפרובסקיטים מכיוון שיעילותם גבוהה אף יותר מסיליקון במקרים מסוימים", אומר קיפלן. עם זאת, גם כאשר המימון ל OSC הצטמצם בארה"ב, סין ממשיכה להוביל את המחקר והפיתוח של OSC. "כמות העבודה [על מחקר OSC] בארצות הברית היא חלק זעיר מכמות העבודה בסין", אומר מרדר. "אנשים בסין הולכים בפה מלא." 

סיבות לאופטימיות

צריכת האנרגיה העתידית העתידית תמשיך לעלות, במיוחד כאשר מדינות מתפתחות שואפות לאותם יתרונות של ייצור אנרגיה לפי דרישה, ממנה נהנות המדינות המפותחות. חוקרים כמו Marder, Kippelen, Jeffries-EL ו- So אומרים שלטכנולוגיית OSC יש פוטנציאל למלא תפקיד ייחודי וחשוב במעבר העולמי לעבר אנרגיה מתחדשת. העלייה האחרונה ביעילות ה- OSC ל -18% מביאה חוקרים רבים הפועלים לקידום טכנולוגיה זו, ומדענים בוחנים כעת OSCs טנדמיים (המשתמשים בשני חומרים שונים הסופגים אורכי גל שונים של אור השמש) כדי לתפוס עוד יותר אנרגיה. חלקם מקווים כי התפתחות זו עשויה להגדיל את יעילות OSC עוד יותר - עד 20%.

כיפלן קורא להשקפה ארוכת טווח על טכנולוגיית OSC. "הטכנולוגיה הסולארית תהיה קיימת לאורך זמן", הוא אומר, "ואני באמת מאמין ש- OSC, עם הזמן, תבסס את עצמה כטכנולוגיה חשובה באמת."

על המחבר

 קלי סטלמאך היא סטודנטית לתואר שני העוסקת בתואר שלישי. בכימיה בג'ורג'יה טק. היא נלהבת לפתח חומרים אורגניים חדשים כדי להתמודד עם אתגרים סביבתיים וקיימות. המחקר הנוכחי שלה מתמקד בסינתזה של פולימרים בטמפרטורה נמוכה בתקרה עם יישומים פוטנציאליים כחומרים הניתנים למחזור.

ספרים קשורים

הוספה: התוכנית המקיפה ביותר שהציעה אי פעם להפוך את ההתחממות הגלובלית

מאת פול הוקן וטום שטייר
מול פחד ואדישות נרחבים, קואליציה בינלאומית של חוקרים, אנשי מקצוע ומדענים התאגדה כדי להציע מערך של פתרונות מציאותיים ונועזים לשינויי אקלים. מאה טכניקות ושיטות מתוארות כאן-כמה ידוע; כמה שמעולם לא שמעת עליהם. הם נעים מאנרגיה נקייה לחינוך בנות במדינות בעלות הכנסה נמוכה וכלה בפרקטיקות בשימוש בקרקע ששולפות פחמן מהאוויר. הפתרונות קיימים, הם קיימא מבחינה כלכלית, וקהילות ברחבי העולם מיישמות אותם כיום במיומנות ובנחישות. זמין באמזון

עיצוב פתרונות אקלים: מדריך מדיניות אנרגיה מעוטת פחמן

מאת האל הארווי, רובי אורוויס, ג'פרי רסמן
עם ההשפעות של שינויי האקלים כבר עלינו, הצורך לקצץ בפליטת גזי חממה עולמיים הוא לא פחות דחוף. זה אתגר מרתיע, אך הטכנולוגיות והאסטרטגיות לעמידה בו קיימות כיום. קבוצה קטנה של מדיניות אנרגיה, שתוכננה ומיושמת היטב, יכולה להכניס אותנו לנתיב לעתיד נמוך בפחמן. מערכות אנרגיה הן גדולות ומורכבות, ולכן מדיניות האנרגיה חייבת להיות ממוקדת וחסכונית. גישות המתאימות לכל אחד פשוט לא יעשו את העבודה. קובעי המדיניות זקוקים למשאב ברור ומקיף המתאר את מדיניות האנרגיה שתשפיע בצורה הגדולה ביותר על עתידנו באקלים, ומתאר כיצד לתכנן היטב מדיניות זו. זמין באמזון

זה משנה את הכל: קפיטליזם מול האקלים

מאת נעמי קליין
In זה משנה הכל נעמי קליין טוענת כי שינויי אקלים אינם סתם נושא נוסף שמוגש בצורה מסודרת בין מיסים לטיפול בבריאות. זו אזעקה שקוראת לנו לתקן מערכת כלכלית שכבר כושלת אותנו במובנים רבים. קליין בונה בקפדנות את המקרה לכך שהפחתה מאסיבית של פליטת החממה שלנו היא הסיכוי הטוב ביותר שלנו בו זמנית לצמצם את אי השוויון הפעור, לדמיין מחדש את הדמוקרטיות השבורות שלנו ולבנות מחדש את הכלכלות המקומיות המרוויחות שלנו. היא חושפת את הייאוש האידיאולוגי של מכחישי שינויי האקלים, את האשליות המשיחיות של אנשי ההנדסה הגיאולוגית, ואת התבוסתנות הטראגית של יותר מדי יוזמות ירוקות-מיינסטרימיות. והיא מדגימה בדיוק מדוע השוק לא - ולא יכול - לתקן את משבר האקלים, אלא במקום זאת יחמיר את המצב, עם שיטות מיצוי קיצוניות ופוגעות יותר ויותר מבחינה אקולוגית, המלוות בקפיטליזם אסון. זמין באמזון

מאת המו"ל:
רכישות באמזון ללכת לפרוע את העלות של הבאת לך InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ו ClimateImpactNews.com ללא עלות וללא מפרסם לעקוב אחר הרגלי הגלישה שלך. גם אם תלחץ על קישור אך אינך קונה את המוצרים הנבחרים האלה, כל דבר אחר שאתה קונה באותו ביקור באמזון משלם לנו עמלה קטנה. אין עלות נוספת עבורך, אז אנא תרום למאמץ. אתה יכול גם להשתמש בקישור זה להשתמש באמזון בכל עת כדי שתוכלו לתמוך במאמצים שלנו.

 

מאמר זה הופיע במקור Ensia