Kan den här skärmen och fönstret kombineras med en solpanel? patat / Shutterstock.com
Tänk dig att stå framför en vägg av fönster och kartlägga utsikten. Du hör någon går in i rummet bakom dig. Du vänder. "Välkommen", säger du. "Här är videon jag ville visa dig." Med en knapptryckning försummar vyn och fönstren omvandlas till en högupplöst tv-skärm.
Nej, din vän är inte James Bond, och du är inte nästa Q. Fortfarande, även när du tittar på videon, gör din fönster-TV så mycket som att hjälpa till att avvärja den globala katastrofen som en Bond-film-gadget någonsin gjorde. Du förstår, det är också en solpanel, som kontinuerligt skördar förnybar energi från solen. Problemet med klimatförändringarna är inte en typisk filmövervakning, men det är ett svårare problem än Goldfinger pose. Värre, mänsklighetens ansträngningar att lösa det med befintlig teknik jobbar inte tillräckligt snabbt.
Hjälten som swooping i räddning kan vara en ny teknik som heter organiska halvledare, ett nytt sätt att göra material som endast driver el under vissa förutsättningar. De flesta halvledare i modern elektronik är gjorda av kristallin, rockformning element som kisel. Organiska halvledare är däremot främst gjorda av kolbaserade molekyler. De tar mindre energi att göra än konventionella halvledare. En vanlig fotovoltaisk cell kan exempelvis ta år att producera så mycket energi som krävdes för att bygga den; en organisk fotovoltaisk cell tar bara månader.
Men kanske det mest spännande med organiska halvledare är att det är möjligt att designa molekyler som är flexibla, lätta, färgade eller helt transparenta. I labbet jobbar jag i, vi konstruerar och testar nya små molekyler som har specifika, riktade egenskaper - som att göra en enkel genomskinlig ruta i ett fönster, skärm och solpanel.
Fånga solenergi
Att göra en solpanel som också är ett fönster involverar lite kreativitet: Det måste vara något som både absorberar ljus, producerar elektricitet, och låter ljusa genom att låta människor se in och ut.
Vårt material utnyttjar det faktum att ett fönster endast behöver överföra mänskligt synligt ljus; i mitt labb kan vi göra molekyler som bara absorberar UV och infrarött ljus, våglängder av ljus som våra ögon inte ser. Det här är delar av spektret som vi inte vill passera genom ett fönster ändå. UV ljus ger dig en solbränna. Och infrarött ljus är varmt: Filtrerar ut det kan spara på energianvändning och bekostnad av luftkonditionering. Det är sant att vår metod inte fångar helt all energi i solljus, men det är okej. De mängden solenergi som når jorden varje timme is mer än all mänsklighet använder på ett år.
Flipping processen runt
Organiska halvledare är också användbara för att göra bildskärmar och bildskärmar. Om du tänker på det, är en skärm i princip en solpanel som kör bakåt. Det alstrar ljus från en elektrisk ström. Både solpaneler och Bildskärmar involvera omvandlingar mellan ljus och el. Precis som vi kan designa transparenta organiska halvledare, kan vi designa molekyler som avger specifika ljusfärger när en elektrisk ström appliceras.
Sätt ihop en molekyl som avger röd, en molekyl som avger blå och en molekyl som avger grön, och du har en organisk ljusdiod. Det är nyckeln till vad som är känt på TV- och monitormarknaden som OLED-skärmar.
För att skapa ett smart fönster måste vi lägga in två lager av organiska halvledare - ett lager för att generera el från solljus och en annan för att avge ljus - på en panna av ett genomskinligt ledande material, som Indiumtennoxid. Dessa tekniker finns, men är ännu inte tillgänglig för försäljning.
Sätter bitarna ihop
Halva av denna enhet är redan kommersiellt tillgänglig: Energieffektiva OLED-lösningar med hög upplösning är en stor hit på marknaden för hem- och kontors-tv.
Företag säljer organiska solpaneler, Och även organiska solpanel fönster, kommer bara att gå. Löpande forskningsinsatser, som min, syftar till att optimera egenskaperna hos dessa material, öka effektiviteten och göra dem mer hållbara.
När vi gör komponenterna bättre hittar vi också sätt att integrera organiska halvledar-solceller och organiska halvledarskärmar tillsammans. Det kan vara några år ute ännu, men det är säkert incitament att göra det, med så många möjliga tillämpningar. En elbil med smarta fönster kunde samla in tillräckligt med solenergi till kör bilen 10 till 15 miles per dag, tillräckligt för en typisk pendling. Körbeskrivning kan också visas på vindrutan. Överallt finns det ett fönster - oavsett om det är i en skyskrapa eller ett husbil - det kan vara ett smart fönster, spara utrymme, spara energi och låta passagerarna känna sig som James Bond.
När vi gör komponenterna bättre hittar vi också sätt att integrera organiska halvledar-solceller och organiska halvledarskärmar tillsammans. Det kan vara några år ute ännu, men det är säkert incitament att göra det, med så många möjliga tillämpningar. En elbil med smarta fönster kunde samla in tillräckligt med solenergi till Om författaren
Kerry Rippy, Ph.D. Kandidat i kemi, Colorado State University
Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.
relaterade böcker
at InnerSelf Market och Amazon
