Дякуємо за відвідування InnerSelf.com, де є 20,000 + статті, що змінюють життя, пропагуючи «Нові погляди та нові можливості». Усі статті перекладено на 30+ мовПідписуватися для журналу InnerSelf, що виходить щотижня, та щоденного натхнення Марі Т. Рассел. Журнал InnerSelf видається з 1985 року.

перерву

ОПВІЙ ОРГАНІЧНИЙ ФОТОВОЛТАЙК
Завдяки своїм унікальним властивостям органічні сонячні елементи мають ряд потенційних застосувань, включаючи інтеграцію у вікна для отримання енергії із сонячного світла. Фотографії надані MaterialDistrict

Коли ви зображаєте сонячну енергію, швидше за все, ви створюєте зображення великих сонячних панелей, що охоплюють довжину даху або великої сонячна ферма у полі. Але що, якби ви могли покласти сонячну панель у люк гібридного автомобіля, у наметі або у вікнах офісної будівлі? Що, якби ви могли живити холодильник для вакцин у віддаленому місці за допомогою гнучкої сонячної панелі, яку можна було б доставити в поштову трубку? Це лише декілька можливих застосувань відносно нової технології, відомої як органічні сонячні елементи (OSC) - принаймні нової, якщо порівнювати з кремнієвою сонячною технологією, яка існує з 1950-х років.

Як і традиційні кремнієві сонячні технології, ОСК перетворюють сонячну енергію на корисну електрику. Але вони набагато універсальніші, ніж звичайні сонячні фотоелектрики. OSC є легкими та гнучкими і можуть бути напівпрозорими або різними кольорами. Ці якості дають їм потенційне застосування для сонячних елементів для текстилю, автомобілів та будівельних комплексів, а також для створення енергії в районах, де її немає.

Унікальні програми

Хоча для виведення ОСК на комерційний ринок необхідне додаткове фінансування та дослідження, експерти сходяться на думці, що вони відіграватимуть важливу роль у майбутньому сонячних технологій. Тим не менш, вони не будуть замінювати чи конкурувати один з одним кремнієвими сонячними елементами. "Не слід очікувати, що ми побачимо великі поля OSC, такі як ті, що генерують гігавати потужності на кремнієвих сонячних фермах", - говорить Сет Мардер, професор хімії в Georgia Tech. Кремнієва сонячна батарея підходить для забезпечення масштабної сонячної енергії, тоді як OSC мають інші унікальні переваги, які керують її реальним застосуванням. 

Дві унікальні особливості OSC - це їх тонкість та гнучкість. Хоча типовий кремнієвий сонячний елемент має товщину приблизно середню ширину людського волосся, більшість OSC приблизно в тисячу разів тонше. Завдяки своїй тонкості та гнучкості OSC можна виготовляти на криволінійних поверхнях та гнучких підкладках. Наприклад, їх можна залатати або інтегрувати в тканину наметів, рюкзаків і навіть одягу. Більшість цих продуктів все ще перебувають у стадії розробки та займають нішу ринку, але вони демонструють інноваційну креативність, яку надають OSC. Завдяки технології OSC можливості використання сонячних елементів значно розширені, а не лише дахи та сонячні ферми.


Innersele підписатися графіка


OSC також можна зробити прозорими, напівпрозорими або різними кольорами. Як результат, існує багато потенційних програм для архітектурного використання. Наприклад, прозорі OSC можуть бути інтегровані у вікна для отримання енергії від сонячного світла, яке в іншому випадку може зігріти кімнату та сприяти більшим витратам на кондиціонування. Френкі Со, професор з матеріалознавства та техніки в Університеті штату Північна Кароліна, пропонує ще одне застосування: OSC можуть бути використані в люках, щоб допомогти електромобілям та гібридним автомобілям.

Крім того, низькі інвестиції наперед і потенційно низькі витрати на доставку продукції роблять технологію OSC доступною для громад у країнах, що розвиваються, які не мають доступу до електричної мережі та фінансових засобів для її створення. OSC мають унікальну здатність "приносити владу там, де влади не існує", пояснює Маліка Джеффріс-Ел, доцент хімії Бостонського університету. У цих випадках технологія OSC може забезпечити необхідну електроенергію в менших кількостях, необхідних для таких завдань, як освітлення, зарядка стільникових телефонів, охолодження ліків та вакцин.

Іншим пунктом продажу OSC є те, що вони менш енергоємні у виробництві, ніж кремнійєві сонячні елементи. Надзвичайно гарячі печі - понад 1,500 ° C (2,700 ° F) - необхідні для отримання кремнію високої чистоти для кремнієвих сонячних елементів. Для порівняння, великомасштабні OSC можна виготовити, просто надрукувавши шари клітини на підкладці способом, подібним до того, що використовується для друку газет. Оскільки цей процес споживає менше енергії, OSC мають значно менший час окупності енергії, ніж кремній. Іншими словами, ОСК вимагає меншої кількості часу, щоб генерувати кількість енергії, необхідної для їх виробництва.

Як це працює

Перший органічний сонячний елемент був розроблений в 1958 році, але лише в 2000-х роках ОСК помітно збільшили ефективність. Ця вдосконалена технологія OSC з’явилася в галузі органічних світлодіодів, широко відомих як OLED. Технологія OLED сьогодні використовується для багатьох телевізійних екранів та екранів телефонів на ринку. На OLED-екрані шар органічних молекул (молекул, що складаються переважно з атомів вуглецю та водню) випромінює світло при подачі електричного струму. OSC працюють фактично протилежним чином - шар органічних молекул генерує електричний струм під впливом світла.

Органічний сонячний елемент складається з декількох шарів матеріалів, одним з яких є акцепторний шар. Коли сонячне світло потрапляє на клітину, електрон вивільняється з шару органічних молекул, і робота акцептора полягає в тому, щоб передати цей електрон на електрод. Цей процес спричиняє накопичення заряду, який і генерує електроенергію.

Графік ефективності ОСК з 2000 по 2020 рікЗ розвитком нефулеренових акцепторів ефективність ОСК різко зросла. Графічно надано доктором Феліпе Ларрен

Традиційно найбільш часто використовуваними акцепторами в ОСК були матеріали на основі фулерену - молекули, що складається з 60 атомів вуглецю, з’єднаних між собою в структурі, що нагадує футбольний м’яч. Однак з акцепторами фулерену ефективність OSC була обмежена приблизно 10%. Іншими словами, лише 10% сонячного світла, що потрапляє на сонячний елемент, перетворюється на електрику. Тому дослідники взяли за мету дослідити нові типи акцепторних шарів як засіб для підвищення ефективності OSC.

Проривом, який дозволив OSC досягти більш високої ефективності, стала розробка акцепторів нефулерену (NFA). З НФА ефективність ОСК різко зросла - до 18% всього за кілька років. Це призвело OSC до нижнього кінця ККД від 18% до 22% середнього комерційного сонячного елемента, що доступний у продажу. Цей підйом ефективності перевершив очікування багатьох експертів, деякі з яких почали працювати в цій галузі, коли ефективність ОСК коливалася приблизно на 3%. "Якби 10 років тому ви сказали мені, що у нас будуть органічні сонячні елементи з ефективністю 18%, я б засміявся", - говорить Мардер.  

Перешкоди для подолання

Потрібно зробити ще багато роботи, перш ніж OSC можна буде широко продавати. Однією з найбільших проблем є розчинники, що використовуються в процесі виробництва. Більшість найефективніших ОСК виготовляються з використанням хлорованих розчинників, які представляють небезпеку для здоров’я та навколишнього середовища. "При нарощуванні масштабів виробництва OSC ви повинні враховувати вплив людей, які працюватимуть на виробничих заводах", - говорить Бернард Кіппелен, професор електротехніки та комп'ютерної техніки в Georgia Tech. На сьогоднішній день дослідження зосереджено в основному на отриманні все більшої ефективності, але, як говорить Кіппелен, "нам потрібен підхід, який виходить далеко за рамки одного числа". Щоб зробити ОСК життєздатною технологією, виробничий процес необхідно оптимізувати, щоб зробити його більш безпечним та економічно вигідним.

Ще однією перешкодою для масового виробництва OSC є різниця між ефективністю окремих клітин, що тестуються в ідеальних лабораторних умовах, та ефективністю, яка була продемонстрована для великих модулів. Окремі комірки можуть мати високу ефективність, але для складання декількох комірок у модулі, панелі або масиви потрібні додаткові електричні з'єднання, які знизять ефективність. Однак, як зазначає Кіппелен, такі різновиди очікуються. "Проходить деякий час, перш ніж підвищення ефективності роботи комірок відображається на ефективності модулів, що виходять з виробничих ліній", - говорить він. "Те саме стосувалося кремнієвих сонячних елементів".

Іншим занепокоєнням є фінансування досліджень OSC. У Сполучених Штатах більша частина фінансування досліджень сонячних батарей надходить від державних установ, таких як Міністерство енергетики. Однак, за словами Кіппелена, "багато джерел фінансування начебто пересохли, щоб проводити дослідження OSC", через появу швидко розростається класу сонячних елементів перовскіти. "Від використання перовскітів було багато ажіотажу, оскільки в деяких випадках їх ефективність навіть вища, ніж кремній", - говорить Кіппелен. Однак, незважаючи на те, що в США зменшилось фінансування ОСК, Китай продовжує очолювати дослідження та розробку ОСК. "Обсяг роботи [з дослідження OSC] у Сполучених Штатах - це незначна частка обсягу роботи в Китаї", - говорить Мардер. "Люди в Китаї роблять це повним ходом". 

Причини оптимізму

Майбутнє світове споживання енергії буде продовжувати зростати, особливо, коли країни, що розвиваються, прагнуть отримати ті самі переваги виробництва енергії на вимогу, якими користуються розвинені країни. Дослідники, такі як Мардер, Кіппелен, Джеффріс-Ел та Со, стверджують, що технологія OSC може відіграти унікальну та важливу роль у глобальному переході до відновлюваної енергетики. Нещодавнє підвищення ефективності OSC до 18% призвело до того, що багато дослідників працюють над вдосконаленням цієї технології, і зараз вчені розглядають тандемні OSC (в яких використовуються два різні матеріали, що поглинають різні довжини хвиль сонячного світла), щоб захопити ще більше енергії. Деякі сподіваються, що такий розвиток подій може ще більше підвищити ефективність OSC - до 20%.

Кіппелен вимагає довгострокового погляду на технологію OSC. "Сонячні технології будуть існувати протягом тривалого часу, - каже він, - і я справді вірю, що OSC з часом утвердиться як справді важлива технологія".

про автора

 Келлі Стеллмах - аспірантка, яка здобуває ступінь доктора філософії. з хімії в Georgia Tech. Вона захоплена розробкою нових органічних матеріалів для вирішення проблем довкілля та стійкості. Її поточні дослідження зосереджені на синтезі полімерів з низькою стелею з потенційним застосуванням як вторинні матеріали.

Суміжні книги

Недолік: Найбільш всеосяжний план, який пропонувався змінити глобальне потепління

Пол Хоукен і Том Стейер
9780143130444В умовах поширеного страху та апатії міжнародна коаліція дослідників, професіоналів та вчених зібралася, щоб запропонувати набір реалістичних та сміливих рішень щодо зміни клімату. Тут описано сто прийомів і практик - деякі добре відомі; про які ви, можливо, ніколи не чули. Вони варіюються від чистої енергії до навчання дівчат у країнах з низьким рівнем доходу до використання методів землекористування, які витягують вуглець з повітря. Рішення існують, є економічно вигідними, і громади в усьому світі в даний час приймають їх з вмінням і рішучістю. Доступний на Amazon

Проектування кліматичних рішень: Посібник з політики щодо енергії з низьким вмістом вуглецю

Гал Харві, Роббі Орвіс, Джефрі Ріссман
1610919564З урахуванням наслідків зміни клімату, необхідність зменшення глобальних викидів парникових газів є не менш терміновою. Це страшний виклик, але сьогодні існують технології та стратегії для його вирішення. Невеликий набір енергетичної політики, розроблений та реалізований добре, може поставити нас на шлях до майбутнього з низьким рівнем вуглецю. Енергетичні системи є великими та складними, тому енергетична політика повинна бути цілеспрямованою та економічно ефективною. Універсальні підходи просто не дозволять зробити роботу. Політики потребують чіткого, всебічного ресурсу, який би окреслював енергетичну політику, яка матиме найбільший вплив на наше кліматичне майбутнє, та описував, як правильно розробляти цю політику. Доступний на Amazon

Це змінює все: капіталізм проти клімату

автор: Наомі Кляйн
1451697392In Це змінює все Наомі Кляйн стверджує, що зміни клімату - це не лише одна проблема, яку слід акуратно подати між податками та охороною здоров'я. Це тривога, яка закликає нас виправити економічну систему, яка вже багато в чому нас не дає. Клейн ретельно будує випадок того, наскільки масово скорочення викидів парникових газів - це наш найкращий шанс одночасно зменшити розбіжність нерівності, переосмислити наші розбиті демократії та відновити наші поглиблені місцеві економіки. Вона висловлює ідеологічне відчай заперечувачів зміни клімату, месіанські марення потенційних геоінженерів та трагічний дефектизм занадто багатьох зелених ініціатив. І вона точно демонструє, чому ринок не (і не може) виправити кліматичну кризу, а навпаки, погіршить ситуацію із все більш екстремальними та екологічно згубними методами видобутку, що супроводжуються бурхливим капіталізмом катастроф. Доступний на Amazon

Від видавця:
Покупки в Amazon йдуть на те, щоб покрити витрати на привезення вас InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, та ClimateImpactNews.com безкоштовно і без рекламодавців, які відстежують ваші звички перегляду. Навіть якщо ви натискаєте на посилання, але не купуєте ці вибрані продукти, все, що ви купуєте за той же візит на Amazon, платить нам невелику комісію. Додаткових витрат для вас немає, тому, будь ласка, внесіть свої зусилля. Ви також можете використовуйте цю посилання в будь-який час користуватися Amazon, щоб ви могли допомогти підтримати наші зусилля.

 

Ця стаття спочатку з'явилася на Ensia

 

перерву

Дякуємо за відвідування InnerSelf.com, де є 20,000 + статті, що змінюють життя, пропагуючи «Нові погляди та нові можливості». Усі статті перекладено на 30+ мов. Підписуватися для журналу InnerSelf, що виходить щотижня, та щоденного натхнення Марі Т. Рассел. Журнал InnerSelf видається з 1985 року.

Канадці втрачають віру в економіку — і це впливає на їх сприйняття нерівності

Люди поступово ведуть більш екологічний спосіб життя, але багатьом важко змінити звички, і вони часто не знають, з чого почати свій шлях до сталого розвитку.

Згідно з висновками 17 року, опублікованими некомерційною організацією Freedom House, яка виступає за демократію, рівень демократії в усьому світі зменшується – і це відбувається протягом останніх 2023 років.

Як Boxing Day еволюціонував від роздачі різдвяних залишків слугам до божевілля в роздрібній торгівлі.

Глобальне потепління є актуальною проблемою, яка становить серйозну загрозу для нашої планети та всіх її мешканців. В останні роки вчені попереджали про потенційні наслідки досягнення 3°C...

Згідно з даними Бюро перепису населення, оприлюдненими у вересні 2021 року, у 2022 році нерівність у доходах США зросла вперше за десятиліття.