Giống như công nghệ năng lượng mặt trời silicon truyền thống, OSCs biến năng lượng mặt trời thành điện năng có thể sử dụng được. Nhưng chúng linh hoạt hơn nhiều so với quang điện mặt trời thông thường. OSC có trọng lượng nhẹ và linh hoạt và có thể được chế tạo thành nửa trong suốt hoặc nhiều màu sắc khác nhau. Những phẩm chất này mang lại cho chúng những ứng dụng tiềm năng cho các loại pin mặt trời tích hợp trong ngành dệt, xe cộ và tòa nhà cũng như để tạo ra điện ở những khu vực không tồn tại.

Ứng dụng độc đáo

Trong khi cần thêm kinh phí và nghiên cứu để đưa các OSC ra thị trường thương mại, các chuyên gia đồng ý rằng chúng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong tương lai của công nghệ năng lượng mặt trời. Điều đó nói rằng, họ sẽ không thay thế hoặc cạnh tranh trực tiếp với pin mặt trời silicon. Seth Marder, giáo sư hóa học tại Georgia Tech cho biết: “Chúng ta không nên mong đợi thấy những lĩnh vực OSC rộng lớn, như những lĩnh vực tạo ra gigawatt điện tại các trang trại năng lượng mặt trời silicon,” Seth Marder, một giáo sư hóa học tại Georgia Tech cho biết. Năng lượng mặt trời Silicon phù hợp để cung cấp năng lượng mặt trời quy mô lớn, trong khi các OSC có những điểm mạnh độc đáo khác hướng dẫn các ứng dụng trong thế giới thực của nó. 

Hai tính năng độc đáo của OSC là độ mỏng và tính linh hoạt của chúng. Trong khi một pin mặt trời silicon điển hình dày bằng chiều rộng trung bình của sợi tóc người, thì hầu hết các OSC đều mỏng hơn khoảng một nghìn lần. Do độ mỏng và tính linh hoạt của chúng, OSC có thể được chế tạo trên các bề mặt cong và lớp nền mềm dẻo. Ví dụ, chúng có thể được vá hoặc tích hợp vào vải của lều, ba lô và thậm chí cả quần áo. Hầu hết các sản phẩm này vẫn đang được phát triển và chiếm lĩnh một thị trường ngách, nhưng chúng thể hiện sự sáng tạo đột phá mà các OSC mang lại. Với công nghệ OSC, khả năng sử dụng pin mặt trời đã được mở rộng hơn rất nhiều, vượt ra ngoài chỉ những mái nhà và trang trại năng lượng mặt trời.

OSC cũng có thể được làm trong suốt, nửa trong suốt hoặc có nhiều màu sắc khác nhau. Kết quả là, có rất nhiều ứng dụng tiềm năng cho việc sử dụng kiến ​​trúc. Ví dụ, các OSC trong suốt có thể được tích hợp vào cửa sổ để tạo ra năng lượng từ ánh sáng mặt trời có thể làm ấm phòng và góp phần làm tăng chi phí điều hòa không khí. Franky So, giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật tại Đại học Bang North Carolina, đưa ra một ứng dụng khác: OSC có thể được sử dụng trong cửa sổ trời để cung cấp năng lượng cho các loại xe điện và xe hybrid.

Ngoài ra, đầu tư trả trước thấp và chi phí vận chuyển sản phẩm thấp có khả năng làm cho công nghệ OSC có thể tiếp cận được với các cộng đồng ở các nước đang phát triển thiếu khả năng tiếp cận với lưới điện và phương tiện tài chính để xây dựng. Malika Jeffries-EL, phó giáo sư hóa học tại Đại học Boston, giải thích. Trong những trường hợp này, công nghệ OSC có thể cung cấp điện thiết yếu với số lượng nhỏ hơn cần thiết cho các công việc như chiếu sáng, sạc điện thoại di động, làm lạnh thuốc và vắc xin.

Một điểm hấp dẫn khác của OSC là chúng tốn ít năng lượng hơn để sản xuất so với pin mặt trời silicon. Lò cực nóng - lên đến 1,500 ° C (2,700 ° F) - là cần thiết để tạo ra silicon có độ tinh khiết cao cho pin mặt trời silicon. Để so sánh, các OSC quy mô lớn có thể được sản xuất bằng cách chỉ cần in các lớp của tế bào lên một tấm lót trong một quy trình tương tự như quy trình được sử dụng để in báo. Bởi vì quá trình này tiêu thụ ít năng lượng hơn, OSCs có thời gian hoàn vốn năng lượng ngắn hơn đáng kể so với các tế bào silicon. Nói cách khác, OSC đòi hỏi một khoảng thời gian ngắn hơn để tạo ra lượng năng lượng cần thiết để sản xuất chúng.

Cách thức Hoạt động

Pin mặt trời hữu cơ đầu tiên được phát triển vào năm 1958, nhưng phải đến những năm 2000, OSCs mới thấy hiệu quả tăng lên đáng kể. Công nghệ OSC cải tiến này xuất hiện từ lĩnh vực điốt phát quang hữu cơ, thường được gọi là OLED. Công nghệ OLED được sử dụng cho nhiều màn hình tivi, điện thoại trên thị trường hiện nay. Trong màn hình OLED, một lớp phân tử hữu cơ (phân tử cấu tạo chủ yếu từ nguyên tử cacbon và hydro) phát ra ánh sáng khi có dòng điện chạy qua. OSC về cơ bản hoạt động theo cách ngược lại - lớp phân tử hữu cơ tạo ra dòng điện khi tiếp xúc với ánh sáng.

Một pin mặt trời hữu cơ được tạo thành từ nhiều lớp vật liệu, một trong số đó là lớp tiếp nhận. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tế bào, một điện tử được giải phóng khỏi lớp phân tử hữu cơ, và công việc của chất nhận là truyền điện tử đó cho điện cực. Quá trình này gây ra sự tích tụ điện tích, là thứ tạo ra điện năng.

Theo truyền thống, chất chấp nhận được sử dụng phổ biến nhất trong OSC là vật liệu dựa trên fullerene - một phân tử bao gồm 60 nguyên tử carbon liên kết với nhau trong một cấu trúc giống như một quả bóng đá. Tuy nhiên, với các chất chấp nhận fullerene, hiệu quả của các OSC được giới hạn ở mức khoảng 10%. Nói cách khác, chỉ 10% ánh sáng mặt trời chiếu vào pin mặt trời được chuyển đổi thành điện năng. Do đó, các nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá các loại lớp chấp nhận mới như một phương tiện để tăng hiệu quả OSC.

Bước đột phá cho phép OSCs đạt được hiệu quả cao hơn là sự phát triển của chất chấp nhận không fullerene (NFAs). Với NFAs, hiệu quả của OSCs tăng mạnh - lên đến 18% chỉ trong một vài năm. Điều này đã đưa các OSC xuống cấp thấp hơn của Hiệu suất 18% đến 22% của pin mặt trời silicon thương mại trung bình. Sự gia tăng về hiệu quả này đã vượt quá sự mong đợi của nhiều chuyên gia, một số người trong số họ đã bắt đầu làm việc trong lĩnh vực này khi hiệu quả của các OSC chỉ dao động quanh mức 3%. Marder nói: “Nếu 10 năm trước, bạn nói với tôi rằng chúng ta sẽ có pin mặt trời hữu cơ với hiệu suất 18%, thì tôi đã cười.  

Các rào cản để vượt qua

Vẫn còn nhiều việc phải làm trước khi các OSC có thể được bán rộng rãi trên thị trường. Một trong những thách thức lớn nhất là dung môi được sử dụng trong quá trình sản xuất. Hầu hết các OSC có hiệu suất hàng đầu được tạo ra bằng cách sử dụng các dung môi clo hóa, có nguy cơ gây hại cho sức khỏe và môi trường. Bernard Kippelen, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Georgia Tech cho biết: “Khi mở rộng quy mô sản xuất OSC, bạn phải xem xét sự tiếp xúc của những người sẽ làm việc trong các nhà máy sản xuất. Nghiên cứu cho đến nay tập trung chủ yếu vào việc thu được hiệu quả ngày càng cao hơn, nhưng như Kippelen nói, “chúng tôi cần một cách tiếp cận vượt xa chỉ một con số”. Để làm cho OSCs trở thành một công nghệ khả thi, quy trình sản xuất phải được tối ưu hóa để làm cho nó an toàn hơn và tiết kiệm chi phí hơn.

Một rào cản khác đối với việc sản xuất hàng loạt OSC là sự khác biệt giữa hiệu quả của các tế bào riêng lẻ được thử nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm lý tưởng và hiệu quả đã được chứng minh cho các mô-đun lớn hơn. Các ô riêng lẻ có thể có hiệu suất cao, nhưng việc lắp ráp nhiều ô thành mô-đun, bảng hoặc mảng yêu cầu kết nối điện bổ sung sẽ làm giảm hiệu suất. Tuy nhiên, như Kippelen chỉ ra, những sự chênh lệch này được mong đợi. Ông nói: “Phải mất một thời gian trước khi sự gia tăng hiệu suất tế bào được phản ánh trong hiệu quả của các mô-đun trong dây chuyền sản xuất. “Điều này cũng đúng với pin mặt trời silicon.”

Nguồn vốn cho nghiên cứu của OSC là một mối quan tâm khác. Tại Hoa Kỳ, phần lớn tài trợ cho nghiên cứu pin mặt trời đến từ các cơ quan chính phủ, chẳng hạn như Bộ Năng lượng. Tuy nhiên, theo Kippelen “rất nhiều nguồn tài trợ đã cạn kiệt để thực hiện nghiên cứu về OSC,” do sự xuất hiện của một loại pin mặt trời đang mở rộng nhanh chóng được gọi là perovskites. Kippelen nói: “Đã có rất nhiều sự phấn khích xung quanh việc sử dụng perovskites vì ​​hiệu quả của chúng thậm chí còn cao hơn silicon trong một số trường hợp. Tuy nhiên, ngay cả khi nguồn tài trợ cho các OSC giảm ở Mỹ, Trung Quốc vẫn tiếp tục là mũi nhọn của nghiên cứu và phát triển OSC. Marder nói: “Khối lượng công việc [về nghiên cứu OSC] ở Hoa Kỳ chỉ bằng một phần rất nhỏ so với khối lượng công việc ở Trung Quốc. "Mọi người ở Trung Quốc đang nổ ra hoàn toàn về điều này." 

Lý do lạc quan

Mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới trong tương lai sẽ tiếp tục tăng, đặc biệt khi các nước đang phát triển mong muốn được hưởng những lợi ích tương tự của việc sản xuất năng lượng theo yêu cầu mà các nước phát triển được hưởng. Các nhà nghiên cứu như Marder, Kippelen, Jeffries-EL và So nói rằng công nghệ OSC có tiềm năng đóng một vai trò quan trọng và duy nhất trong quá trình chuyển đổi toàn cầu sang năng lượng tái tạo. Việc tăng hiệu suất OSC lên 18% gần đây có nhiều nhà nghiên cứu đang làm việc để cải tiến công nghệ này và các nhà khoa học hiện đang xem xét các OSC song song (sử dụng hai vật liệu khác nhau hấp thụ các bước sóng riêng biệt của ánh sáng mặt trời) để thu được nhiều năng lượng hơn. Một số hy vọng rằng sự phát triển này có thể tăng hiệu quả của OSC hơn nữa - lên đến 20%.

Kippelen kêu gọi một cái nhìn dài hạn về công nghệ OSC. Ông nói: “Công nghệ năng lượng mặt trời sẽ tồn tại trong một thời gian dài, và tôi thực sự tin rằng OSC, cùng với thời gian, sẽ tự khẳng định mình là một công nghệ thực sự quan trọng.”

Giới thiệu về Tác giả

 Kellie Stellmach là một sinh viên tốt nghiệp theo đuổi bằng Tiến sĩ. về hóa học tại Georgia Tech. Cô ấy đam mê phát triển các vật liệu hữu cơ mới để giải quyết các thách thức về môi trường và tính bền vững. Nghiên cứu hiện tại của cô tập trung vào việc tổng hợp các polyme ở nhiệt độ trần thấp với các ứng dụng tiềm năng làm vật liệu có thể tái chế.

Sách liên quan

Giải ngân: Kế hoạch toàn diện nhất từng được đề xuất để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu

của Paul Hawken và Tom Steyer
Trước nỗi sợ hãi và sự thờ ơ lan rộng, một liên minh quốc tế gồm các nhà nghiên cứu, chuyên gia và nhà khoa học đã cùng nhau đưa ra một loạt các giải pháp thực tế và táo bạo cho biến đổi khí hậu. Một trăm kỹ thuật và thực hành được mô tả ở đây, một số người nổi tiếng; một số bạn có thể chưa bao giờ nghe nói Chúng bao gồm từ năng lượng sạch đến giáo dục các cô gái ở các nước thu nhập thấp hơn đến các hoạt động sử dụng đất kéo carbon ra khỏi không khí. Các giải pháp tồn tại, có hiệu quả kinh tế và các cộng đồng trên toàn thế giới hiện đang ban hành chúng với kỹ năng và quyết tâm. Có sẵn trên Amazon

Thiết kế các giải pháp khí hậu: Hướng dẫn chính sách cho năng lượng carbon thấp

của Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Với những tác động của biến đổi khí hậu đã gây ra cho chúng ta, nhu cầu cắt giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính trên toàn cầu là không kém phần cấp bách. Đó là một thách thức khó khăn, nhưng các công nghệ và chiến lược để đáp ứng nó vẫn tồn tại ngày nay. Một bộ nhỏ các chính sách năng lượng, được thiết kế và thực hiện tốt, có thể đưa chúng ta vào con đường hướng tới một tương lai các-bon thấp. Hệ thống năng lượng rất lớn và phức tạp, vì vậy chính sách năng lượng phải được chú trọng và tiết kiệm chi phí. Phương pháp tiếp cận một kích thước phù hợp với tất cả đơn giản là sẽ không hoàn thành công việc. Các nhà hoạch định chính sách cần một nguồn lực rõ ràng, toàn diện để vạch ra các chính sách năng lượng sẽ có tác động lớn nhất đến tương lai khí hậu của chúng ta và mô tả cách thiết kế tốt các chính sách này. Có sẵn trên Amazon

Đây Changes Everything: Chủ nghĩa tư bản vs khí hậu

bởi Naomi Klein
In Đây Changes Everything Naomi Klein lập luận rằng biến đổi khí hậu không chỉ là vấn đề khác được nộp gọn gàng giữa thuế và chăm sóc sức khỏe. Đó là một báo động kêu gọi chúng tôi sửa chữa một hệ thống kinh tế đã làm chúng tôi thất bại theo nhiều cách. Klein xây dựng một cách tỉ mỉ trường hợp làm thế nào để giảm lượng khí thải nhà kính một cách ồ ạt là cơ hội tốt nhất của chúng tôi để đồng thời giảm bất bình đẳng, tưởng tượng lại các nền dân chủ bị phá vỡ của chúng tôi và xây dựng lại nền kinh tế địa phương bị cắt đứt. Cô vạch trần sự tuyệt vọng về ý thức hệ của những người từ chối biến đổi khí hậu, những ảo tưởng lộn xộn của những người theo chủ nghĩa địa lý và sự thất bại bi thảm của quá nhiều sáng kiến ​​xanh chính thống. Và cô ấy chứng minh chính xác lý do tại sao thị trường không khắc phục được và không thể khắc phục khủng hoảng khí hậu mà thay vào đó sẽ làm mọi thứ tồi tệ hơn, với các phương pháp khai thác cực kỳ nghiêm trọng và gây tổn hại về mặt sinh thái, kèm theo chủ nghĩa tư bản thảm họa tràn lan. Có sẵn trên Amazon

Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, và ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.

 

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên Ensia