Net als traditionele siliciumzonnetechnologie, zetten OSC's de energie van de zon om in bruikbare elektriciteit. Maar ze zijn veel veelzijdiger dan conventionele fotovoltaïsche zonne-energie. OSC's zijn lichtgewicht en flexibel en kunnen semitransparant of in verschillende kleuren worden gemaakt. Deze kwaliteiten geven hen potentiële toepassingen voor textiel-, voertuig- en gebouwgeïntegreerde zonnecellen en voor het opwekken van stroom in gebieden waar deze niet bestaat.

Unieke toepassingen

Hoewel aanvullende financiering en onderzoek nodig zijn om OSC's op de commerciële markt te brengen, zijn experts het erover eens dat ze een belangrijke rol zullen spelen in de toekomst van zonnetechnologie. Dat gezegd hebbende, ze zullen silicium zonnecellen niet vervangen of rechtstreeks met elkaar concurreren. "We moeten geen uitgestrekte velden van OSC's verwachten, zoals degenen die gigawatt aan stroom opwekken bij siliciumzonneparken", zegt Seth Marder, hoogleraar scheikunde aan Georgia Tech. Silicium zonne-energie is geschikt voor het leveren van grootschalige zonne-energie, terwijl OSC's andere unieke sterke punten hebben die de toepassingen in de praktijk begeleiden. 

Twee unieke kenmerken van OSC's zijn hun dunheid en flexibiliteit. Terwijl een typische siliciumzonnecel ongeveer zo dik is als de gemiddelde breedte van een mensenhaar, zijn de meeste OSC's ongeveer duizend keer dunner. Vanwege hun dunheid en flexibiliteit kunnen OSC's worden vervaardigd op gebogen oppervlakken en flexibele ruggen. Ze kunnen bijvoorbeeld worden gepatcht of geïntegreerd in de stof van tenten, rugzakken en zelfs kleding. De meeste van deze producten zijn nog in ontwikkeling en bezetten een nichemarkt, maar ze demonstreren de innovatieve creativiteit die OSC's bieden. Met OSC-technologie zijn de mogelijkheden voor waar zonnecellen kunnen worden gebruikt enorm uitgebreid, verder dan alleen daken en zonneparken.

OSC's kunnen ook transparant, semitransparant of in verschillende kleuren worden gemaakt. Als gevolg hiervan zijn er veel potentiële toepassingen voor architectonisch gebruik. Transparante OSC's kunnen bijvoorbeeld worden geïntegreerd in ramen om energie op te wekken uit zonlicht dat anders een kamer zou verwarmen en zou bijdragen aan hogere airconditioningkosten. Franky So, een professor materiaalwetenschap en techniek aan de North Carolina State University, biedt nog een andere toepassing: OSC's kunnen worden gebruikt in zonnedaken om elektrische en hybride voertuigen aan te drijven.

Bovendien maken lage initiële investeringen en mogelijk lage verzendkosten van producten OSC-technologie toegankelijk voor gemeenschappen in ontwikkelingslanden die geen toegang hebben tot een elektriciteitsnet en de financiële middelen om er een te bouwen. OSC's hebben het unieke vermogen om "macht te brengen waar geen macht bestaat", legt Malika Jeffries-EL, universitair hoofddocent scheikunde aan de Boston University, uit. In deze gevallen kan OSC-technologie essentiële elektriciteit leveren in de kleinere hoeveelheden die nodig zijn voor taken zoals verlichting, het opladen van mobiele telefoons en het koelen van medicijnen en vaccins.

Een ander verkoopargument van OSC's is dat ze minder energie-intensief zijn om te produceren dan siliciumzonnecellen. Extreem hete ovens - meer dan 1,500 ° C (2,700 ° F) - zijn nodig om silicium met een hoge zuiverheid voor siliciumzonnecellen te genereren. Ter vergelijking: grootschalige OSC's kunnen worden vervaardigd door eenvoudig de lagen van de cel op een rug te printen in een proces dat vergelijkbaar is met dat van kranten. Omdat dit proces minder energie verbruikt, hebben OSC's een aanzienlijk kortere energieterugverdientijd dan siliciumcellen. Met andere woorden, OSC's hebben een kortere tijd nodig om de hoeveelheid energie op te wekken die nodig was om ze te produceren.

Hoe het werkt

De eerste organische zonnecel werd in 1958 ontwikkeld, maar pas in de jaren 2000 zagen OSC's een significante toename in efficiëntie. Deze verbeterde OSC-technologie is ontstaan ​​op het gebied van organische lichtemitterende diodes, algemeen bekend als OLED's. OLED-technologie wordt gebruikt voor veel televisie- en telefoonschermen die tegenwoordig op de markt zijn. In een OLED-scherm straalt een laag organische moleculen (moleculen die voornamelijk uit koolstof- en waterstofatomen bestaan) licht uit wanneer een elektrische stroom wordt aangelegd. OSC's werken in wezen op de tegenovergestelde manier: de laag organische moleculen genereert een elektrische stroom bij blootstelling aan licht.

Een organische zonnecel is opgebouwd uit meerdere materiaallagen, waaronder de acceptorlaag. Wanneer zonlicht de cel raakt, komt er een elektron vrij uit de laag organische moleculen en het is de taak van de acceptor om dat elektron door te geven aan de elektrode. Dit proces veroorzaakt een opbouw van lading, wat elektriciteit opwekt.

Traditioneel waren de meest gebruikte acceptoren in OSC's materialen op basis van fullereen - een molecuul dat bestaat uit 60 koolstofatomen die met elkaar verbonden zijn in een structuur die lijkt op een voetbal. Met fullereenacceptoren was de efficiëntie van OSC's echter beperkt tot ongeveer 10%. Met andere woorden, slechts 10% van het zonlicht dat op de zonnecel valt, werd omgezet in elektriciteit. Onderzoekers gingen daarom op zoek naar nieuwe soorten acceptorlagen als middel om de OSC-efficiëntie te verhogen.

De doorbraak waardoor OSC's hogere efficiënties bereikten, was de ontwikkeling van niet-fullereenacceptoren (NFA's). Met NFA's nam de efficiëntie van OSC's sterk toe - % tot 18 in slechts een paar jaar. Dit heeft OSC's aan de onderkant van de 18% tot 22% efficiëntie van de gemiddelde commercieel beschikbare siliciumzonnecel. Deze toename in efficiëntie heeft de verwachtingen van veel experts overtroffen, van wie sommigen in het veld begonnen te werken toen de efficiëntie van OSC's rond de 3% schommelde. "Als je me 10 jaar geleden had verteld dat we organische zonnecellen zouden hebben met een efficiëntie van 18%, had ik gelachen", zegt Marder.  

Te overwinnen belemmeringen

Er is nog veel werk aan de winkel voordat OSC's op grote schaal op de markt kunnen worden gebracht. Een van de grootste uitdagingen zijn de oplosmiddelen die in het productieproces worden gebruikt. De meeste van de best presterende OSC's worden gemaakt met gechloreerde oplosmiddelen, die zowel gezondheids- als milieurisico's met zich meebrengen. "Bij het opschalen van OSC-productie moet je rekening houden met de blootstelling van mensen die in de fabrieken gaan werken", zegt Bernard Kippelen, een professor in elektrische en computertechniek aan Georgia Tech. Het onderzoek tot nu toe was grotendeels gericht op het verkrijgen van steeds hogere efficiënties, maar zoals Kippelen zegt: "we hebben een aanpak nodig die veel verder gaat dan slechts één getal." Om van OSC's een levensvatbare technologie te maken, moet het fabricageproces worden geoptimaliseerd om het veiliger en kosteneffectiever te maken.

Een andere belemmering voor de massaproductie van OSC's is het verschil tussen de efficiëntie van individuele cellen die zijn getest onder ideale laboratoriumomstandigheden en de efficiëntie die is aangetoond voor grotere modules. Individuele cellen kunnen een hoog rendement hebben, maar het assembleren van meerdere cellen in modules, panelen of arrays vereist extra elektrische verbindingen die de efficiëntie zullen verminderen. Echter, zoals Kippelen opmerkt, worden dit soort ongelijkheden verwacht. "Het duurt even voordat de toename van de celefficiëntie wordt weerspiegeld in de efficiëntie van modules die van de productielijnen komen", zegt hij. “Hetzelfde gold voor silicium zonnecellen.”

Financiering voor OSC-onderzoek is een ander punt van zorg. In de Verenigde Staten komt een groot deel van de financiering voor zonnecelonderzoek van overheidsinstanties, zoals het Department of Energy. Echter, volgens Kippelen "droogden veel financieringsbronnen een beetje op om onderzoek te doen naar OSC", vanwege de opkomst van een snelgroeiende klasse van zonnecellen genaamd perovskieten. "Er is veel opwinding geweest over het gebruik van perovskieten omdat hun efficiëntie in sommige gevallen zelfs hoger is dan die van silicium", zegt Kippelen. Hoewel de financiering voor OSC's in de VS is afgenomen, blijft China het voortouw nemen in onderzoek en ontwikkeling op het gebied van OSC. "De hoeveelheid werk [aan OSC-onderzoek] in de Verenigde Staten is maar een fractie van de hoeveelheid werk in China", zegt Marder. "Mensen in China gaan hier volop mee aan de slag." 

Redenen voor optimisme

Het toekomstige wereldwijde energieverbruik zal blijven stijgen, vooral omdat ontwikkelingslanden streven naar dezelfde voordelen van on-demand energieproductie als ontwikkelde landen. Onderzoekers zoals Marder, Kippelen, Jeffries-EL en So zeggen dat OSC-technologie het potentieel heeft om een ​​unieke en belangrijke rol te spelen in de wereldwijde transitie naar hernieuwbare energie. De recente toename van de OSC-efficiëntie tot 18% heeft ertoe geleid dat veel onderzoekers werken aan het verbeteren van deze technologie, en wetenschappers onderzoeken nu tandem OSC's (die twee verschillende materialen gebruiken die verschillende golflengten van zonlicht absorberen) om nog meer energie op te vangen. Sommigen hopen dat deze ontwikkeling de OSC-efficiëntie nog verder kan verhogen - tot 20%.

Kippelen pleit voor een langetermijnvisie op OSC-technologie. "Zonnetechnologie zal nog lang bestaan", zegt hij, "en ik geloof echt dat OSC zich na verloop van tijd zal vestigen als een echt belangrijke technologie."

Over de auteur

 Kellie Stellmach is een afgestudeerde studente die haar Ph.D. in chemie bij Georgia Tech. Ze is gepassioneerd over het ontwikkelen van nieuwe organische materialen om milieu- en duurzaamheidsuitdagingen aan te pakken. Haar huidige onderzoek richt zich op de synthese van polymeren met een lage plafondtemperatuur met mogelijke toepassingen als recyclebare materialen.

Verwante Boeken

Drawdown: het meest uitgebreide plan ooit voorgesteld om opwarming van de aarde tegen te gaan

door Paul Hawken en Tom Steyer
In het licht van de wijdverspreide angst en apathie, is een internationale coalitie van onderzoekers, professionals en wetenschappers bij elkaar gekomen om een ​​reeks realistische en gewaagde oplossingen voor klimaatverandering aan te bieden. Honderd technieken en werkwijzen worden hier beschreven - sommige zijn bekend; sommigen heb je misschien nog nooit van gehoord. Ze variëren van schone energie tot het opleiden van meisjes in lagere inkomenslanden tot landgebruikspraktijken die koolstof uit de lucht halen. De oplossingen bestaan, zijn economisch levensvatbaar, en gemeenschappen over de hele wereld voeren ze momenteel uit met vaardigheid en vastberadenheid. Beschikbaar op Amazon

Ontwerp van klimaatoplossingen: een beleidsgids voor koolstofarme energie

door Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Nu de gevolgen van klimaatverandering al voor ons zijn, is de noodzaak om de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen terug te dringen niets minder dan urgent. Het is een enorme uitdaging, maar de technologieën en strategieën om eraan te voldoen, bestaan ​​tegenwoordig. Een klein aantal goed ontworpen en geïmplementeerde energiebeleidslijnen kan ons op weg helpen naar een koolstofarme toekomst. Energiesystemen zijn groot en complex, dus het energiebeleid moet gericht en kosteneffectief zijn. One-size-fits-all benaderingen zullen de klus gewoon niet klaren. Beleidsmakers hebben een duidelijke, alomvattende bron nodig die het energiebeleid schetst dat de grootste impact zal hebben op onze klimaattoekomst, en beschrijft hoe dit beleid goed vormgegeven kan worden. Beschikbaar op Amazon

Dit verandert alles: Kapitalisme versus The Climate

door Naomi Klein
In Dit verandert alles Naomi Klein betoogt dat klimaatverandering niet alleen een kwestie is die netjes moet worden ingediend tussen belastingen en gezondheidszorg. Het is een alarm dat ons oproept om een ​​economisch systeem te repareren dat ons op veel manieren al tekortschiet. Klein bouwt nauwgezet op hoe massaal onze uitstoot van broeikasgassen wordt teruggedrongen, is onze beste kans om tegelijkertijd gapende ongelijkheden te verminderen, onze gebroken democratieën opnieuw te verbeelden en onze uitgeholde lokale economieën weer op te bouwen. Ze legt de ideologische wanhoop bloot van ontkenners van klimaatverandering, de messiaanse waanideeën van de zogenaamde geo-ingenieurs en het tragische defaitisme van te veel mainstream groene initiatieven. En ze laat precies zien waarom de markt de klimaatcrisis niet-kan en niet-kan oplossen, maar in plaats daarvan de zaken erger zal maken, met steeds extremere en ecologisch schadelijke extractiemethoden, vergezeld door een ongebreideld rampzalig kapitalisme. Beschikbaar op Amazon

Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.

 

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op Ensia