مانند فناوری خورشیدی سیلیکونی سنتی، OSCها انرژی خورشید را به برق قابل استفاده تبدیل می‌کنند. اما آنها بسیار متنوع‌تر از فتوولتائیک‌های خورشیدی معمولی هستند. OSCها سبک و انعطاف‌پذیر هستند و می‌توانند به صورت نیمه‌شفاف یا در رنگ‌های مختلف ساخته شوند. این ویژگی‌ها به آنها کاربردهای بالقوه‌ای برای سلول‌های خورشیدی یکپارچه با منسوجات، وسایل نقلیه و ساختمان‌ها و همچنین برای تولید برق در مناطقی که برق وجود ندارد، می‌دهد.

برنامه های منحصر به فرد

اگرچه برای ورود OSCها به بازار تجاری به بودجه و تحقیقات بیشتری نیاز است، کارشناسان معتقدند که آنها نقش مهمی در آینده فناوری خورشیدی ایفا خواهند کرد. با این حال، آنها جایگزین یا رقیب مستقیم سلول‌های خورشیدی سیلیکونی نخواهند بود. ست ماردر، استاد شیمی در دانشگاه جورجیا تک، می‌گوید: «نباید انتظار داشته باشیم که شاهد میدان‌های گسترده‌ای از OSCها، مانند آنهایی که در مزارع خورشیدی سیلیکونی گیگاوات برق تولید می‌کنند، باشیم.» سلول‌های خورشیدی سیلیکونی برای تأمین انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ مناسب هستند، در حالی که OSCها نقاط قوت منحصر به فرد دیگری دارند که کاربردهای آنها را در دنیای واقعی هدایت می‌کند. 

دو ویژگی منحصر به فرد OSCها، نازکی و انعطاف‌پذیری آنهاست. در حالی که یک سلول خورشیدی سیلیکونی معمولی تقریباً به ضخامت میانگین عرض موی انسان است، اکثر OSCها تقریباً هزار برابر نازک‌تر هستند. به دلیل نازکی و انعطاف‌پذیری آنها، OSCها را می‌توان روی سطوح منحنی و پشت‌بندهای انعطاف‌پذیر ساخت. به عنوان مثال، می‌توان آنها را به پارچه چادرها، کوله پشتی‌ها و حتی لباس‌ها وصله زد یا در آنها ادغام کرد. اکثر این محصولات هنوز در حال توسعه هستند و بازار خاصی را اشغال می‌کنند، اما خلاقیت نوآورانه‌ای را که OSCها ارائه می‌دهند، نشان می‌دهند. با فناوری OSC، امکانات استفاده از سلول‌های خورشیدی فراتر از پشت بام‌ها و مزارع خورشیدی گسترش یافته است.

OSCها همچنین می‌توانند شفاف، نیمه‌شفاف یا در رنگ‌های مختلف ساخته شوند. در نتیجه، کاربردهای بالقوه زیادی برای استفاده در معماری وجود دارد. به عنوان مثال، OSCهای شفاف می‌توانند در پنجره‌ها ادغام شوند تا از نور خورشید انرژی تولید کنند که در غیر این صورت ممکن است اتاق را گرم کند و به هزینه‌های بالاتر تهویه مطبوع کمک کند. فرانکی سو، استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، کاربرد دیگری را ارائه می‌دهد: OSCها می‌توانند در سانروف‌ها برای کمک به تأمین انرژی خودروهای الکتریکی و هیبریدی استفاده شوند.

علاوه بر این، سرمایه‌گذاری اولیه کم و هزینه‌های بالقوه پایین حمل و نقل محصول، فناوری OSC را برای جوامع کشورهای در حال توسعه که به شبکه برق و منابع مالی لازم برای ساخت آن دسترسی ندارند، قابل دسترس می‌کند. مالیکا جفریز-ای‌ال، دانشیار شیمی در دانشگاه بوستون، توضیح می‌دهد که OSCها توانایی منحصر به فردی در «آوردن برق در جایی که برق وجود ندارد» دارند. در این موارد، فناوری OSC می‌تواند برق ضروری را در مقادیر کمتر مورد نیاز برای کارهایی مانند روشنایی، شارژ تلفن‌های همراه و نگهداری داروها و واکسن‌ها در یخچال فراهم کند.

یکی دیگر از نقاط قوت سلول‌های خورشیدی OSC این است که تولید آنها نسبت به سلول‌های خورشیدی سیلیکونی، انرژی کمتری مصرف می‌کند. برای تولید سیلیکون با خلوص بالا برای سلول‌های خورشیدی سیلیکونی، به کوره‌های بسیار داغ - بیش از ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد (۲۷۰۰ درجه فارنهایت) - نیاز است. در مقایسه، سلول‌های خورشیدی OSC در مقیاس بزرگ را می‌توان با چاپ ساده لایه‌های سلول روی یک صفحه پشتی در فرآیندی مشابه چاپ روزنامه تولید کرد. از آنجا که این فرآیند انرژی کمتری مصرف می‌کند، سلول‌های خورشیدی OSC زمان بازگشت انرژی بسیار کوتاه‌تری نسبت به سلول‌های سیلیکونی دارند. به عبارت دیگر، سلول‌های خورشیدی OSC برای تولید مقدار انرژی مورد نیاز برای تولید خود به زمان کمتری نیاز دارند.

نحوه عملکرد برنامه IB

اولین سلول خورشیدی آلی در سال ۱۹۵۸ توسعه یافت، اما تا دهه ۲۰۰۰ میلادی، OSCها شاهد افزایش قابل توجهی در راندمان نبودند. این فناوری بهبود یافته OSC از حوزه دیودهای ساطع کننده نور آلی، که معمولاً با نام OLED شناخته می‌شوند، پدیدار شد. فناوری OLED امروزه برای بسیاری از صفحه نمایش‌های تلویزیون و تلفن در بازار استفاده می‌شود. در یک صفحه نمایش OLED، یک لایه از مولکول‌های آلی (مولکول‌هایی که عمدتاً از اتم‌های کربن و هیدروژن تشکیل شده‌اند) هنگام اعمال جریان الکتریکی، نور ساطع می‌کنند. OSCها اساساً برعکس عمل می‌کنند - لایه مولکول‌های آلی هنگام قرار گرفتن در معرض نور، جریان الکتریکی تولید می‌کنند.

یک سلول خورشیدی آلی از چندین لایه مواد تشکیل شده است که یکی از آنها لایه پذیرنده است. هنگامی که نور خورشید به سلول برخورد می‌کند، یک الکترون از لایه مولکول‌های آلی آزاد می‌شود و وظیفه پذیرنده انتقال آن الکترون به الکترود است. این فرآیند باعث ایجاد بار الکتریکی می‌شود که همان چیزی است که برق تولید می‌کند.

با توسعه پذیرنده‌های غیر فولرنی، کارایی OSCها به شدت افزایش یافت. نمودار با حسن نیت دکتر فیلیپه لارین

به طور سنتی، رایج‌ترین پذیرنده‌های مورد استفاده در OSCها، موادی بر پایه فولرن بودند - مولکولی متشکل از ۶۰ اتم کربن که در ساختاری شبیه به توپ فوتبال به هم متصل شده‌اند. با این حال، با پذیرنده‌های فولرن، راندمان OSCها به حدود ۱۰٪ محدود می‌شد. به عبارت دیگر، تنها ۱۰٪ از نور خورشید که به سلول خورشیدی برخورد می‌کرد، به برق تبدیل می‌شد. بنابراین، محققان بر آن شدند تا انواع جدیدی از لایه‌های پذیرنده را به عنوان وسیله‌ای برای افزایش راندمان OSC بررسی کنند.

پیشرفتی که به OSCها اجازه داد به راندمان بالاتری دست یابند، توسعه‌ی پذیرنده‌های غیر فولرن (NFA) بود. با NFAها، راندمان OSCها به شدت افزایش یافت - تا٪ 18 تنها در عرض چند سال. این امر OSC ها را به پایین‌ترین سطح رسانده است ۱۸ تا ۲۲ درصد راندمان متوسط ​​سلول‌های خورشیدی سیلیکونی موجود در بازاراین افزایش بهره‌وری از انتظارات بسیاری از متخصصان فراتر رفته است، برخی از آنها زمانی که بهره‌وری OSCها حدود ۳٪ بود، کار در این زمینه را آغاز کردند. ماردر می‌گوید: «اگر ۱۰ سال پیش به من می‌گفتید که سلول‌های خورشیدی آلی با راندمان ۱۸٪ خواهیم داشت، می‌خندیدم.»  

موانعی برای غلبه بر

هنوز کارهای زیادی باید انجام شود تا OSCها بتوانند به طور گسترده به بازار عرضه شوند. یکی از بزرگترین چالش‌ها، حلال‌های مورد استفاده در فرآیند تولید است. اکثر OSCهای با عملکرد بالا با استفاده از حلال‌های کلردار ساخته می‌شوند که خطرات سلامتی و زیست‌محیطی را به همراه دارند. برنارد کیپلن، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه جورجیا تک، می‌گوید: «هنگام افزایش تولید OSC، باید میزان مواجهه افرادی را که در کارخانه‌های تولیدی کار خواهند کرد، در نظر بگیرید.» تحقیقات تا به امروز عمدتاً بر دستیابی به راندمان‌های بالاتر متمرکز بوده است، اما همانطور که کیپلن می‌گوید، «ما به رویکردی نیاز داریم که فراتر از یک عدد باشد.» برای تبدیل OSCها به یک فناوری قابل اجرا، فرآیند تولید باید بهینه شود تا ایمن‌تر و مقرون به صرفه‌تر شود.

مانع دیگر برای تولید انبوه OSCها، تفاوت بین راندمان سلول‌های منفرد آزمایش‌شده در شرایط آزمایشگاهی ایده‌آل و راندمان‌هایی است که برای ماژول‌های بزرگ‌تر نشان داده شده است. سلول‌های منفرد می‌توانند راندمان بالایی داشته باشند، اما مونتاژ چندین سلول در ماژول‌ها، پنل‌ها یا آرایه‌ها نیاز به اتصالات الکتریکی اضافی دارد که راندمان را کاهش می‌دهد. با این حال، همانطور که کیپلن اشاره می‌کند، این نوع اختلافات قابل پیش‌بینی است. او می‌گوید: «مدتی طول می‌کشد تا افزایش راندمان سلول در راندمان ماژول‌های خروجی از خطوط تولید منعکس شود. همین امر در مورد سلول‌های خورشیدی سیلیکونی نیز صادق بود.»

بودجه برای تحقیقات سلول‌های خورشیدی OSC یکی دیگر از نگرانی‌ها است. در ایالات متحده، بخش عمده‌ای از بودجه تحقیقات سلول‌های خورشیدی از سوی سازمان‌های دولتی مانند وزارت انرژی تأمین می‌شود. با این حال، به گفته کیپلن، «بسیاری از منابع مالی برای انجام تحقیقات در مورد سلول‌های خورشیدی OSC به نوعی از بین رفته‌اند»، به دلیل ظهور دسته‌ای از سلول‌های خورشیدی که به سرعت در حال گسترش هستند به نام perovskitesکیپلن می‌گوید: «هیجان زیادی در مورد استفاده از پروسکایت‌ها وجود داشته است زیرا راندمان آنها در برخی موارد حتی از سیلیکون نیز بالاتر است.» با این حال، حتی با وجود کاهش بودجه برای OSCها در ایالات متحده، چین همچنان رهبری تحقیق و توسعه OSC را بر عهده دارد. ماردر می‌گوید: «میزان کار [در زمینه تحقیقات OSC] در ایالات متحده بخش کوچکی از میزان کار در چین است. مردم در چین با تمام توان در این زمینه فعالیت می‌کنند.» 

دلایل خوش بینی

مصرف انرژی در جهان در آینده همچنان رو به افزایش خواهد بود، به خصوص با توجه به اینکه کشورهای در حال توسعه آرزوی همان مزایای تولید انرژی بر اساس تقاضا را دارند که کشورهای توسعه یافته از آن برخوردارند. محققانی مانند ماردر، کیپلن، جفریز-ای‌ال و سو می‌گویند فناوری OSC پتانسیل ایفای نقش منحصر به فرد و مهمی در گذار جهانی به سمت انرژی تجدیدپذیر را دارد. افزایش اخیر راندمان OSC به ۱۸٪، بسیاری از محققان را بر آن داشته است تا این فناوری را پیش ببرند و دانشمندان اکنون به دنبال OSCهای پشت سر هم (که از دو ماده مختلف استفاده می‌کنند که طول موج‌های متمایزی از نور خورشید را جذب می‌کنند) برای جذب انرژی بیشتر هستند. برخی امیدوارند که این توسعه بتواند راندمان OSC را حتی بیشتر - تا ۲۰٪ - افزایش دهد.

کیپلن خواستار نگاهی بلندمدت به فناوری OSC است. او می‌گوید: «فناوری خورشیدی برای مدت طولانی وجود خواهد داشت و من واقعاً معتقدم که OSC با گذشت زمان، خود را به عنوان یک فناوری واقعاً مهم تثبیت خواهد کرد.»

درباره نویسنده

کتاب‌های مرتبط

رها کردن: برنامه جامع تر که تا کنون پیشنهاد معکوس گرم شدن جهانی شده است

نوشته‌ی پاول هاوکن و تام استایر
در مواجهه با ترس و بی‌تفاوتی گسترده، ائتلافی بین‌المللی از محققان، متخصصان و دانشمندان گرد هم آمده‌اند تا مجموعه‌ای از راه‌حل‌های واقع‌بینانه و جسورانه را برای تغییرات اقلیمی ارائه دهند. صد تکنیک و شیوه در اینجا شرح داده شده است - برخی از آنها کاملاً شناخته شده هستند؛ برخی دیگر را ممکن است هرگز نشنیده باشید. این تکنیک‌ها از انرژی پاک گرفته تا آموزش دختران در کشورهای کم‌درآمد و شیوه‌های استفاده از زمین که کربن را از هوا بیرون می‌کشند، متغیر هستند. این راه‌حل‌ها وجود دارند، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند و جوامع در سراسر جهان در حال حاضر با مهارت و عزم راسخ آنها را اجرا می‌کنند. موجود در آمازون

طراحی راهکارهای اقلیمی: راهنمای سیاست‌گذاری برای انرژی کم‌کربن

نوشته هال هاروی، رابی اورویس، جفری ریسمن
با توجه به اثرات تغییرات اقلیمی که همین حالا هم بر ما وارد شده است، نیاز به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی کاملاً ضروری است. این یک چالش دلهره‌آور است، اما فناوری‌ها و استراتژی‌های لازم برای مقابله با آن امروزه وجود دارند. مجموعه‌ای کوچک از سیاست‌های انرژی، که به خوبی طراحی و اجرا شوند، می‌توانند ما را در مسیر آینده‌ای کم کربن قرار دهند. سیستم‌های انرژی بزرگ و پیچیده هستند، بنابراین سیاست‌های انرژی باید متمرکز و مقرون به صرفه باشند. رویکردهای یکسان برای همه به سادگی کار را انجام نمی‌دهند. سیاست‌گذاران به یک منبع روشن و جامع نیاز دارند که سیاست‌های انرژی را که بیشترین تأثیر را بر آینده اقلیمی ما خواهند داشت، تشریح کند و نحوه طراحی خوب این سیاست‌ها را شرح دهد. موجود در آمازون

این همه چیز را تغییر می‌دهد: سرمایه‌داری در مقابل آب و هوا

نوشته‌ی نائومی کلاین
In این همه چیز تغییر نائومی کلاین استدلال می‌کند که تغییرات اقلیمی فقط یک مسئله‌ی دیگر نیست که به طور مرتب بین مالیات و مراقبت‌های بهداشتی طبقه‌بندی شود. این زنگ خطری است که ما را به اصلاح یک سیستم اقتصادی فرا می‌خواند که از بسیاری جهات ما را شکست داده است. کلاین با دقت استدلال می‌کند که چگونه کاهش گسترده‌ی انتشار گازهای گلخانه‌ای بهترین فرصت ما برای کاهش همزمان نابرابری‌های گسترده، بازآفرینی دموکراسی‌های شکسته‌مان و بازسازی اقتصادهای محلی ویران‌شده‌مان است. او ناامیدی ایدئولوژیک انکارکنندگان تغییرات اقلیمی، توهمات مسیحایی مهندسان ژئوماتیک و شکست‌زدگی غم‌انگیز بسیاری از ابتکارات سبز جریان اصلی را افشا می‌کند. و او دقیقاً نشان می‌دهد که چرا بازار بحران اقلیمی را حل نکرده و نمی‌تواند حل کند، بلکه در عوض اوضاع را بدتر خواهد کرد، با روش‌های استخراج شدیدتر و از نظر زیست‌محیطی مخرب‌تر، همراه با سرمایه‌داری فاجعه‌بارِ افسارگسیخته. موجود در آمازون

از ناشر:
خریدهای آمازون هزینه‌ی آوردن شما را جبران می‌کند InnerSelf.com, MightyNatural.com, و ClimateImpactNews.com بدون هیچ هزینه‌ای و بدون تبلیغاتی که عادات مرور شما را ردیابی می‌کنند. حتی اگر روی یک لینک کلیک کنید اما این محصولات انتخاب شده را خریداری نکنید، هر چیز دیگری که در همان بازدید در آمازون خریداری کنید، کمیسیون کمی به ما پرداخت می‌کند. هیچ هزینه اضافی برای شما وجود ندارد، بنابراین لطفاً در این تلاش مشارکت کنید. شما همچنین می‌توانید از این لینک استفاده کنید برای استفاده در هر زمانی از آمازون، تا بتوانید از تلاش‌های ما حمایت کنید.

این مقاله در ابتدا در ظاهر Ensia