Liksom traditionell kiselsolteknik förvandlar OSC: er solens energi till användbar el. Men de är mycket mer mångsidiga än konventionella solceller. OSC är lätta och flexibla och kan göras för att vara halvtransparenta eller i olika färger. Dessa kvaliteter ger dem potentiella applikationer för textil-, fordons- och byggintegrerade solceller och för att skapa kraft i områden där den inte finns.

Unika applikationer

Även om ytterligare finansiering och forskning behövs för att få OSC till den kommersiella marknaden, är experter överens om att de kommer att spela en viktig roll i framtiden för solteknik. Som sagt kommer de inte att ersätta eller tävla head-to-head med kiselsolceller. "Vi borde inte förvänta oss att se expansiva fält av OSC, som de som genererar gigawatt kraft på kisel solfarmar", säger Seth Marder, en kemiprofessor vid Georgia Tech. Kiselsol är lämplig för att tillhandahålla storskalig solenergi, medan OSC har andra unika styrkor som styr dess verkliga applikationer. 

Två unika egenskaper hos OSC är deras tunnhet och flexibilitet. Medan en typisk kiselsolcell är ungefär lika tjock som den genomsnittliga bredden på ett mänskligt hår, är de flesta OSC ungefär tusen gånger tunnare. På grund av deras tunnhet och flexibilitet kan OSC tillverkas på böjda ytor och flexibla underlag. De kan till exempel lappas eller integreras i tyg, ryggsäckar och till och med kläder. De flesta av dessa produkter är fortfarande under utveckling och upptar en nischmarknad, men de visar den innovativa kreativitet som OSC erbjuder. Med OSC-tekniken har möjligheterna till var solceller kan användas utökats kraftigt utöver bara hustak och solfarmar.

OSC kan också göras transparenta, halvtransparenta eller i olika färger. Som ett resultat finns det många potentiella applikationer för arkitektonisk användning. Till exempel kan transparenta OSC integreras i fönster för att generera energi från solljus som annars kan värma ett rum och bidra till högre luftkonditioneringskostnader. Franky So, en professor i materialvetenskap och teknik vid North Carolina State University, erbjuder ännu en applikation: OSC kan användas i takluckor för att driva el- och hybridfordon.

Dessutom gör låga investeringar och potentiellt låga fraktkostnader för produkter OSC-teknik tillgänglig för samhällen i utvecklingsländer som saknar tillgång till ett elnät och de ekonomiska medlen för att bygga en. OSC har en unik förmåga att "föra kraft där makt inte finns", förklarar Malika Jeffries-EL, docent i kemi vid Boston University. I dessa fall kan OSC-tekniken ge nödvändig el i mindre mängder som behövs för uppgifter som belysning, laddning av mobiltelefoner och kylmedicin och vacciner.

En annan försäljningsargument för OSC är att de är mindre energikrävande att tillverka än kiselsolceller. Extremt heta ugnar - upp till 1,500 2,700 ° C - behövs för att generera kisel med hög renhet för kiselsolceller. Som jämförelse kan storskaliga OSC tillverkas genom att helt enkelt skriva ut cellens lager på ett underlag i en process som liknar den som används för att skriva ut tidningar. Eftersom denna process förbrukar mindre energi har OSC: er en betydligt kortare återbetalningstid än kiselceller. Med andra ord kräver OSC kortare tid för att generera den mängd energi det tog att tillverka dem.

Så fungerar det

Den första organiska solcellen utvecklades 1958, men det var inte förrän på 2000-talet som OSC: erna såg en betydande effektivitetsökning. Denna förbättrade OSC-teknik kom från området för organiska ljusdioder, allmänt kända som OLED. OLED-teknik används för många TV- och telefonskärmar på marknaden idag. I en OLED-skärm avger ett lager av organiska molekyler (molekyler som huvudsakligen består av kol- och väteatomer) ljus när en elektrisk ström appliceras. OSC fungerar i huvudsak på motsatt sätt - skiktet av organiska molekyler genererar en elektrisk ström när de utsätts för ljus.

En organisk solcell består av flera lager av material, varav ett är acceptorskiktet. När solljus träffar cellen frigörs en elektron från skiktet av organiska molekyler, och acceptorns uppgift är att föra den elektronen vidare till elektroden. Denna process orsakar en laddningsuppbyggnad, vilket är det som genererar el.

Traditionellt var de vanligaste acceptorerna i OSC material baserade på fulleren - en molekyl bestående av 60 kolatomer sammanfogade i en struktur som liknar en fotboll. Men med fullerenacceptorer var OSC: s effektivitet begränsad till cirka 10%. Med andra ord omvandlades bara 10% av solljuset som träffade solcellen till el. Forskare bestämde sig därför för att utforska nya typer av acceptorskikt som ett sätt att öka OSC-effektiviteten.

Genombrottet som gjorde det möjligt för OSC att uppnå högre effektivitet var utvecklingen av icke-fulleren-acceptorer (NFA). Med NFA: er ökade OSC: s effektivitet kraftigt - upp till 18% på bara några år. Detta har fört OSC: er till den nedre änden av 18% till 22% effektivitet av den genomsnittliga kommersiellt tillgängliga kiselsolcellen. Denna ökade effektivitet har överträffat förväntningarna hos många experter, varav några började arbeta på fältet när OSC: s effektivitet låg runt bara 3%. "Om du för 10 år sedan hade sagt till mig att vi skulle ha organiska solceller med 18% effektivitet, skulle jag ha skrattat", säger Marder.  

Barriärer för att övervinna

Det finns fortfarande mycket arbete att göra innan OSC kan marknadsföras i stor utsträckning. En av de största utmaningarna är lösningsmedlen som används i tillverkningsprocessen. De flesta av de mest framstående OSC: erna är tillverkade med klorerade lösningsmedel, som utgör både hälso- och miljöfaror. "När man skalar upp OSC-tillverkningen måste man överväga exponeringen för människor som kommer att arbeta i tillverkningsanläggningarna", säger Bernard Kippelen, professor i elektroteknik och datateknik vid Georgia Tech. Forskningen hittills har i stor utsträckning fokuserat på att få allt högre effektivitet, men som Kippelen säger, ”vi behöver en strategi som går långt utöver bara ett nummer.” För att göra OSC till en livskraftig teknik måste tillverkningsprocessen optimeras för att göra den säkrare och mer kostnadseffektiv.

En annan barriär mot massproduktion av OSC är skillnaden mellan effektiviteten hos enskilda celler som testats under ideala laboratorieförhållanden och effektiviteten som har visats för större moduler. Enskilda celler kan ha hög effektivitet, men att montera flera celler i moduler, paneler eller matriser kräver ytterligare elektriska anslutningar som minskar effektiviteten. Men som Kippelen påpekar förväntas denna typ av skillnader. "Det tar lite tid innan ökningen av celleffektivitet återspeglas i effektiviteten hos moduler som kommer från tillverkningslinjerna", säger han. "Detsamma gällde kiselsolceller."

Finansiering för OSC-forskning är ett annat problem. I USA kommer mycket av finansieringen för solcellsforskning från statliga myndigheter, såsom Department of Energy. Enligt Kippelen "torkades många finansieringskällor ut för att forska på OSC" på grund av uppkomsten av en snabbt växande klass av solceller som kallas perovskiter. "Det har varit mycket spänning kring användningen av perovskiter eftersom deras effektivitet i vissa fall är ännu högre än kisel", säger Kippelen. Men även om finansieringen för OSC har minskat i USA, fortsätter Kina dock att gå i spetsen för OSC: s forskning och utveckling. "Arbetet [på OSC-forskning] i USA är en liten bråkdel av mängden arbete i Kina", säger Marder. "Människor i Kina går fullt ut på detta." 

Anledningar till optimism

Den framtida energiförbrukningen i världen kommer att fortsätta öka, särskilt när utvecklingsländerna strävar efter samma fördelar med on-demand energiproduktion som de utvecklade länderna har. Forskare som Marder, Kippelen, Jeffries-EL och So say OSC-teknik har potential att spela en unik och viktig roll i den globala övergången mot förnybar energi. Den senaste ökningen av OSC-effektiviteten till 18% har många forskare arbetat för att utveckla denna teknik, och forskare undersöker nu tandem-OSC (som använder två olika material som absorberar distinkta våglängder av solljus) för att fånga ännu mer energi. Vissa hoppas att denna utveckling kan öka OSC-effektiviteten ytterligare - upp till 20%.

Kippelen efterlyser en långsiktig syn på OSC-teknik. "Solteknik kommer att finnas kvar länge", säger han, "och jag tror verkligen att OSC med tiden kommer att etablera sig som en riktigt viktig teknik."

Om författaren

 Kellie Stellmach är doktorand som bedriver sin doktorsexamen. i kemi vid Georgia Tech. Hon brinner för att utveckla nya organiska material för att hantera miljö- och hållbarhetsutmaningar. Hennes nuvarande forskning fokuserar på syntesen av polymerer med lågtemperatur och potentiella tillämpningar som återvinningsbara material.

relaterade böcker

Drawdown: Den mest omfattande planen som någonsin föreslagits för att omvända global uppvärmning

av Paul Hawken och Tom Steyer
Mot bakgrund av utbredd rädsla och apati har en internationell koalition av forskare, yrkesverksamma och forskare kommit ihop för att erbjuda en rad realistiska och djärva lösningar på klimatförändringen. Ett hundra tekniker och metoder beskrivs här-några är välkända; något du kanske aldrig har hört talas om. De sträcker sig från ren energi för att utbilda flickor i låginkomstländer till markanvändningspraxis som drar kol ut ur luften. Lösningarna finns, är ekonomiskt lönsamma och samhällen runt om i världen håller för närvarande på att anta dem med skicklighet och beslutsamhet. Finns på Amazon

Utformning av klimatlösningar: En policyhandbok för lågkol Energi

av Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Med effekterna av klimatförändringar redan på oss är behovet av att minska de globala utsläppen av växthusgaser inget mindre än brådskande. Det är en skrämmande utmaning, men teknologierna och strategierna för att möta den finns idag. En liten uppsättning energipolicyer, utformade och genomförda väl, kan sätta oss på vägen till en koldioxidsnål framtid. Energisystem är stora och komplexa, så energipolitiken måste vara fokuserad och kostnadseffektiv. One-size-fits-all-tillvägagångssätt gör helt enkelt inte jobbet gjort. Politiska beslutsfattare behöver en tydlig och omfattande resurs som beskriver energipolitiken som kommer att ha störst inverkan på vår klimatframtid och beskriver hur man utformar dessa policyer väl. Finns på Amazon

Detta förändrar allt: Kapitalism vs. Klimat

av Naomi Klein
In Detta förändrar allt Naomi Klein hävdar att klimatförändringen inte bara är en annan fråga som ska lämnas snyggt mellan skatter och hälsovård. Det är ett larm som kräver att vi fixar ett ekonomiskt system som redan misslyckas på många sätt. Klein bygger noggrant fallet för hur massivt att minska våra utsläpp av växthusgaser är vår bästa chans att samtidigt minska ojämlikheterna i olikheterna, återinföra våra brutna demokratier och bygga om våra slagna lokala ekonomier. Hon avslöjar den ideologiska desperationen av klimatförändringsförnekarna, de geoengineers messianiska vansinne och den tragiska defeatismen av alltför många vanliga gröna initiativ. Och hon visar exakt varför marknaden inte har och kan inte fixa klimatkrisen, men kommer istället att göra saker värre, med alltmer extrema och ekologiskt skadliga utvinningsmetoder, tillsammans med katastrofal katastrofkapitalism. Finns på Amazon

Från Utgivaren:
Inköp på Amazon går för att täcka kostnaden för att få dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, och ClimateImpactNews.com utan kostnad och utan annonsörer som spåra dina surfvanor. Även om du klickar på en länk men inte köper dessa valda produkter, betalar allt annat du köper i samma besök på Amazon oss en liten provision. Det finns ingen extra kostnad för dig, så var vänlig bidra till insatsen. Du kan också använd denna länk att använda till Amazon när som helst så att du kan hjälpa till att stödja våra ansträngningar.

 

Denna artikel publicerades ursprungligen på Ensia