Czy ten monitor i okno można połączyć z panelem słonecznym? patat/Shutterstock.com

Wyobraź sobie, że stoisz przed ścianą okien i obserwujesz widok. Słyszysz, jak ktoś wchodzi do pokoju za tobą. Twoja kolej. „Witaj”, mówisz. „Oto film, który chciałem ci pokazać”. Po naciśnięciu przycisku widok znika, a okna zmieniają się w ekran telewizora o wysokiej rozdzielczości.

Nie, twój przyjaciel nie jest Jamesem Bondem, a ty nie jesteś następnym pytaniem. Mimo to, nawet gdy oglądasz wideo, twój telewizor z oknem robi tak samo, aby zapobiec globalnej katastrofie, jak jakikolwiek inny gadżet do filmów Bonda. Widzisz, to także panel słoneczny, stale czerpiący energię odnawialną ze słońca. Problem zmian klimatycznych nie jest typową superzłoczyńcą filmowym, ale jest trudniejszy niż Goldfinger pozowane. Co gorsza, wysiłki ludzkości zmierzające do rozwiązania tego problemu za pomocą istniejących technologii nie działają wystarczająco szybko.

Bohaterowie pikujący na ratunek mogą być nową technologią o nazwie półprzewodniki organiczne, nowy sposób wytwarzania materiałów przewodzących prąd tylko w określonych warunkach. Większość półprzewodników we współczesnej elektronice jest wykonana z kryształów, formujących skały elementy takie jak krzem. Natomiast półprzewodniki organiczne składają się głównie z cząsteczek opartych na węglu. Biorą mniej energia do zrobienia niż konwencjonalne półprzewodniki. Na przykład konwencjonalne ogniwo fotowoltaiczne może potrzebować lat, aby wyprodukować tyle energii, ile było potrzebne do jego zbudowania; organiczne ogniwo fotowoltaiczne zajmuje tylko miesiące.

Jednak chyba najbardziej ekscytującą rzeczą w półprzewodnikach organicznych jest to, że możliwe jest zaprojektowanie cząsteczek, które są elastyczne, lekkie, kolorowe lub całkowicie przezroczyste. W laboratorium, w którym pracuję, projektujemy i testujemy nowe małe molekuły, które mają określone, ukierunkowane właściwości – takie jak wykonanie prostej przezroczystej szyby w oknie, ekranie i panelu słonecznym.

Przechwytywanie energii słonecznej

Stworzenie panelu słonecznego, który jest jednocześnie oknem, wymaga odrobiny kreatywności: musi to być coś, co jednocześnie pochłania światło, wytwarza elektryczność i przepuszcza światło, aby ludzie mogli zaglądać do środka i na zewnątrz.

Nasz materiał wykorzystuje fakt, że okno musi przepuszczać tylko światło widzialne przez człowieka; w moim laboratorium możemy tworzyć molekuły, które pochłaniają tylko promieniowanie UV i podczerwone, o długości fali światła, której nasze oczy nie widzą. To są części spektrum, przez które tak naprawdę nie chcemy przechodzić przez okno. światło ultrafioletowe powoduje oparzenia słoneczne. A światło podczerwone jest gorące: Filtrowanie tego może zaoszczędzić na zużyciu energii i kosztach klimatyzacji. To prawda, że ​​nasza metoda nie wychwytuje absolutnie całej energii światła słonecznego, ale to jest w porządku. ten ilość energii słonecznej, która dociera do Ziemi co godzinę is więcej niż cała ludzkość używa w ciągu roku.

Odwrócenie procesu

Półprzewodniki organiczne są również przydatne do produkcji monitorów i wyświetlaczy. Jeśli o tym pomyślisz, ekran jest w zasadzie panelem słonecznym biegnącym do tyłu. Generuje światło z prądu elektrycznego. Obie panele słoneczne i ekrany wyświetlacza obejmują konwersje między światłem a elektrycznością. Tak jak projektujemy przezroczyste półprzewodniki organiczne, możemy projektować cząsteczki, które pod wpływem prądu elektrycznego emitują określone kolory światła.

Złóż razem jedną cząsteczkę, która emituje kolor czerwony, jedną, która emituje kolor niebieski, i jedną, która emituje kolor zielony, a otrzymasz organiczną diodę elektroluminescencyjną. Są one kluczem do tego, co znane jest na rynku telewizorów i monitorów jako ekrany OLED.

Aby stworzyć inteligentne okno, musielibyśmy nałożyć dwie warstwy półprzewodników organicznych – jedną do generowania elektryczności ze światła słonecznego, a drugą do emitowania światła – na patelni z przezroczystego materiału przewodzącego, takiego jak tlenek cyny indu. Te technologie istnieją, ale są jeszcze niedostępne w sprzedaży.

Składanie kawałków razem

• redaktor

Połowa tego urządzenia jest już dostępny w sprzedaży: Energooszczędne diody OLED o wysokiej rozdzielczości są wielki hit na rynku do telewizorów domowych i biurowych.

Firmy sprzedaż organicznych paneli słonecznych, A nawet organiczne okna paneli słonecznych, dopiero się rozkręcają. Trwające prace badawcze, podobnie jak moje, mają na celu optymalizację właściwości tych materiałów, zwiększenie ich wydajności i zwiększenie trwałości.

W miarę ulepszania komponentów znajdziemy również sposoby na zintegrowanie ogniw słonecznych z organicznymi półprzewodnikami i wyświetlaczy z organicznymi półprzewodnikami. Może minęło jeszcze kilka lat, ale z pewnością jest ku temu zachęta, przy tak wielu możliwych zastosowaniach. Samochód elektryczny z inteligentnymi szybami może zebrać wystarczającą ilość energii słonecznej, aby jeździć samochodem od 10 do 15 mil dzienniewystarczy na typowy dojazd. Również na przedniej szybie mogą pojawić się wskazówki dojazdu. Wszędzie, gdzie jest okno – czy to w drapaczu chmur, czy w przyczepie mieszkalnej – może być inteligentne okno, oszczędzające miejsce, oszczędzające energię i pozwalające mieszkańcom poczuć się jak James Bond.

O autorze

Dr Kerry Rippy Kandydat z chemii, Colorado State University

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon