Könnte dieser Monitor und dieses Fenster mit einem Solarpanel kombiniert werden? Patat / Shutterstock.com
Stellen Sie sich vor, Sie stehen vor einer Fensterwand und betrachten die Aussicht. Du hörst jemanden den Raum hinter dir betreten. Du drehst dich um. "Willkommen", sagst du. "Hier ist das Video, das ich Ihnen zeigen wollte." Auf Knopfdruck verschwindet der Blick und die Fenster verwandeln sich in einen hochauflösenden TV-Bildschirm.
Nein, dein Freund ist nicht James Bond, und du bist nicht der nächste Q. Trotzdem, selbst wenn du das Video ansiehst, ist dein Fenster-TV genau so nützlich, um die globale Katastrophe abzuwenden, wie es bei jedem Bond-Film-Gadget der Fall war. Sie sehen, es ist auch ein Sonnenkollektor, der ständig erneuerbare Energie von der Sonne bezieht. Das Problem des Klimawandels ist kein typischer Superschurkenfilm, aber es ist ein kniffligeres Problem als Goldfinger gestellt. Schlimmer noch, die Bemühungen der Menschheit, es mit vorhandenen Technologien zu lösen funktionieren nicht schnell genug.
Die Helden, die in die Rettung stürzen, könnten eine neue Technologie genannt werden organische Halbleiter, eine neue Art, Materialien herzustellen, die Elektrizität nur unter bestimmten Bedingungen leiten. Die meisten Halbleiter in der modernen Elektronik sind aus kristallinem Gestein gebildet Elemente wie Silizium. Organische Halbleiter hingegen bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff-basierten Molekülen. Sie nehmen weniger Energie zu machen als herkömmliche Halbleiter. Eine herkömmliche Fotovoltaikzelle kann beispielsweise Jahre benötigen, um so viel Energie zu erzeugen, wie benötigt wurde, um sie zu bauen. eine organische photovoltaische Zelle dauert nur Monate.
Das Spannendste an organischen Halbleitern ist jedoch, dass es möglich ist, Moleküle zu entwerfen, die flexibel, leicht, farbig oder vollständig transparent sind. Im Labor arbeite ich inWir entwerfen und testen neue kleine Moleküle mit spezifischen, zielgerichteten Eigenschaften - wie zum Beispiel eine einfache durchsichtige Scheibe zu einem Fenster, einem Bildschirm und einem Solarpanel zu machen.
Sonnenenergie einfangen
Die Herstellung eines Solarpanels, bei dem es sich auch um ein Fenster handelt, erfordert etwas Kreativität: Es muss etwas sein, das sowohl Licht absorbiert als auch Elektrizität erzeugt und Licht durchlässt, damit Menschen ein- und ausgehen können.
Unser Material nutzt die Tatsache, dass ein Fenster nur das für den Menschen sichtbare Licht durchlassen muss; In meinem Labor können wir Moleküle herstellen, die nur UV- und Infrarotlicht absorbieren, Lichtwellenlängen, die unsere Augen nicht sehen. Dies sind Teile des Spektrums, die wir sowieso nicht wirklich durch ein Fenster passieren wollen. UV-Licht gibt dir einen Sonnenbrand. Und Infrarotlicht ist heiß: Es herausfiltern kann den Energieverbrauch und die Kosten der Klimaanlage sparen. Es ist wahr, dass unsere Methode nicht die gesamte Energie im Sonnenlicht erfasst, aber das ist in Ordnung. Das Menge an Sonnenenergie, die jede Stunde die Erde erreicht is mehr als die ganze Menschheit in einem Jahr verbraucht.
Den Prozess umdrehen
Organische Halbleiter sind auch nützlich für die Herstellung von Monitoren und Displays. Wenn Sie darüber nachdenken, ist ein Bildschirm im Grunde ein Solarpanel rückwärts laufen. Es erzeugt Licht aus einem elektrischen Strom. Beide Sonnenkollektoren und Bildschirme Umbauten zwischen Licht und Elektrizität. Genau wie wir transparente organische Halbleiter entwerfen können, können wir Moleküle entwerfen, die spezifische Lichtfarben emittieren, wenn ein elektrischer Strom angelegt wird.
Stellen Sie sich ein Molekül zusammen, das rot emittiert, ein Molekül, das blau emittiert, und ein Molekül, das grün emittiert, und Sie haben eine organische Leuchtdiode. Dies ist der Schlüssel zu dem, was auf dem TV- und Monitor-Markt als OLED-Bildschirme bekannt ist.
Um ein intelligentes Fenster zu machen, müssten wir zwei Schichten organischer Halbleiter - eine Schicht zur Erzeugung von Elektrizität aus Sonnenlicht und eine andere zur Emission von Licht - auf eine Schale aus transparentem leitfähigem Material, wie z Indiumzinnoxid. Diese Technologien existieren, sind aber noch nicht zum Verkauf verfügbar.
Putting die Stücke zusammen
Die Hälfte dieses Geräts ist bereits im Handel erhältlich: Energieeffiziente hochauflösende OLEDs sind ein großer Hit auf dem Markt für Heim- und Büro-TVs.
Unternehmen Verkauf von organischen SonnenkollektorenUnd sogar organische Solarpanel-Fenster, gehen gerade erst. Laufende Forschungsanstrengungen, wie meine, zielen darauf ab, die Eigenschaften dieser Materialien zu optimieren, ihre Effizienz zu erhöhen und sie langlebiger zu machen.
Wenn wir die Komponenten verbessern, finden wir auch Möglichkeiten, organische Halbleiter-Solarzellen und organische Halbleiter-Displays zu integrieren. Es mag noch ein paar Jahre her sein, aber es gibt sicherlich einen Anreiz dazu, mit so vielen möglichen Anwendungen. Ein Elektroauto mit intelligenten Fenstern könnte genug Sonnenenergie sammeln fahre das Auto 10 zu 15 Meilen pro Taggenug für einen typischen Pendelverkehr. An der Windschutzscheibe könnte auch eine Wegbeschreibung erscheinen. Überall, wo ein Fenster ist - ob in einem Wolkenkratzer oder einem Wohnmobil - könnte es ein intelligentes Fenster geben, das Platz spart, Energie spart und den Insassen das Gefühl gibt, James Bond zu sein.
Wenn wir die Komponenten verbessern, finden wir auch Möglichkeiten, organische Halbleiter-Solarzellen und organische Halbleiter-Displays zu integrieren. Es mag noch ein paar Jahre her sein, aber es gibt sicherlich einen Anreiz dazu, mit so vielen möglichen Anwendungen. Ein Elektroauto mit intelligenten Fenstern könnte genug Sonnenenergie sammeln Über den Autor
Kerry Rippy, Ph.D. Kandidat in Chemie, Colorado State University
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.
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