전통적인 실리콘 태양 광 기술과 마찬가지로 OSC는 태양 에너지를 사용 가능한 전기로 바꿉니다. 그러나 그들은 기존의 태양 광 발전보다 훨씬 더 다양합니다. OSC는 가볍고 유연하며 반투명 또는 다양한 색상으로 만들 수 있습니다. 이러한 특성은 섬유, 차량 및 건물 통합 태양 전지에 잠재적 인 응용 프로그램을 제공하고 존재하지 않는 지역에서 전력을 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

독특한 애플리케이션

OSC를 상용 시장에 출시하려면 추가 자금과 연구가 필요하지만 전문가들은 이들이 태양 광 기술의 미래에 중요한 역할을 할 것이라는 데 동의합니다. 즉, 그들은 실리콘 태양 전지로 일대일로 교체하거나 경쟁하지 않을 것입니다. 조지아 공대의 화학 교수 인 Seth Marder는“실리콘 태양열 농장에서 기가 와트의 전력을 생성하는 것과 같은 광범위한 OSC 분야를 기 대해서는 안됩니다. 실리콘 태양 광은 대규모 태양열 전력을 제공하는 데 적합하며 OSC는 실제 응용 분야를 안내하는 다른 고유 한 강점을 가지고 있습니다. 

OSC의 두 가지 고유 한 기능은 두께와 유연성입니다. 일반적인 실리콘 태양 전지는 머리카락의 평균 너비만큼 두껍지 만 대부분의 OSC는 약 천 배 더 얇습니다. 얇고 유연하기 때문에 OSC는 곡면과 유연한 뒷면에 제작할 수 있습니다. 예를 들어, 텐트, 배낭, 심지어 의류에 패치를 적용하거나 통합 할 수 있습니다. 이러한 제품의 대부분은 아직 개발 중이며 틈새 시장을 점유하고 있지만 OSC가 제공하는 혁신적인 창의성을 보여줍니다. OSC 기술을 통해 태양 전지를 사용할 수있는 가능성은 옥상과 태양열 농장을 넘어 크게 확장되었습니다.

OSC는 또한 투명, 반투명 또는 다양한 색상으로 만들 수 있습니다. 결과적으로 건축용으로 많은 잠재적 인 응용 프로그램이 있습니다. 예를 들어, 투명한 OSC를 창문에 통합하여 햇빛에서 에너지를 생성하여 실내를 따뜻하게하고 에어컨 비용을 높일 수 있습니다. North Carolina State University의 재료 과학 및 공학 교수 인 Franky So는 또 다른 애플리케이션을 제공합니다. OSC는 전기 및 하이브리드 차량에 전력을 공급하기 위해 선 루프에 사용될 수 있습니다.

또한 낮은 초기 투자와 잠재적으로 낮은 제품 배송 비용으로 인해 전력망과 전력망 구축을위한 재정적 수단이 부족한 개발 도상국의 커뮤니티에서 OSC 기술에 접근 할 수 있습니다. OSC는 "힘이 존재하지 않는 곳에서 힘을 가져 오는"고유 한 능력을 가지고 있다고 Boston University의 화학 부교수 인 Malika Jeffries-EL은 설명합니다. 이러한 경우 OSC 기술은 조명, 휴대폰 충전, 냉장 약물 및 백신과 같은 작업에 필요한 적은 양의 필수 전기를 제공 할 수 있습니다.

OSC의 또 다른 판매 포인트는 실리콘 태양 전지보다 제조에 에너지 집약적이지 않다는 것입니다. 실리콘 태양 전지용 고순도 실리콘을 생성하려면 1,500 ° C (2,700 ° F) 이상의 매우 뜨거운 용광로가 필요합니다. 이에 비해 대규모 OSC는 신문을 인쇄하는 데 사용되는 것과 유사한 프로세스로 단순히 셀의 레이어를 뒷면에 인쇄하여 제조 할 수 있습니다. 이 프로세스는 에너지를 덜 소비하기 때문에 OSC는 실리콘 셀보다 에너지 회수 시간이 훨씬 짧습니다. 즉, OSC는이를 제조하는 데 걸린 에너지 양을 생성하는 데 더 짧은 시간이 필요합니다.

이용방법

최초의 유기 태양 전지는 1958 년에 개발되었지만 OSC의 효율성이 크게 증가한 것은 2000 년대가 되어서야였습니다. 이 향상된 OSC 기술은 일반적으로 OLED로 알려진 유기 발광 다이오드 분야에서 등장했습니다. OLED 기술은 오늘날 시장에 나와있는 많은 텔레비전 및 전화 화면에 사용됩니다. OLED 화면에서 유기 분자 층 (주로 탄소와 수소 원자로 구성된 분자)은 전류가 가해지면 빛을 방출합니다. OSC는 본질적으로 반대 방식으로 작동합니다. 유기 분자 층은 빛에 노출 될 때 전류를 생성합니다.

유기 태양 전지는 여러 층의 재료로 구성되며 그 중 하나는 억 셉터 층입니다. 햇빛이 세포에 닿으면 유기 분자 층에서 전자가 방출되고 수용체의 역할은 그 전자를 전극으로 전달하는 것입니다. 이 과정은 전기를 생성하는 전하 축적을 유발합니다.

전통적으로 OSC에서 가장 일반적으로 사용되는 수용체는 축구 공과 유사한 구조로 결합 된 60 개의 탄소 원자로 구성된 분자 인 풀러렌 (fullerene) 기반 물질이었습니다. 그러나 풀러렌 수용체의 경우 OSC의 효율성은 약 10 %로 제한되었습니다. 즉, 태양 전지에 닿는 햇빛의 10 %만이 전기로 전환되었습니다. 따라서 연구원들은 OSC 효율성을 높이기위한 수단으로 새로운 유형의 억 셉터 레이어를 탐색하기 시작했습니다.

OSC가 더 높은 효율성을 달성하도록 허용 한 돌파구는 비 풀러렌 수용체 (NFA)의 개발이었습니다. NFA를 통해 OSC의 효율성이 크게 증가했습니다. 최대 18 %까지 몇 년 만에. 이로 인해 OSC는 평균 상용 실리콘 태양 전지의 18 % ~ 22 % 효율. 이러한 효율성 향상은 많은 전문가의 기대치를 초과했으며, 일부 전문가는 OSC의 효율성이 약 3 %에 불과했을 때 현장에서 일하기 시작했습니다. “10 년 전에 우리가 18 % 효율의 유기 태양 전지를 가질 것이라고 말했다면 나는 웃었을 것입니다.”라고 Marder는 말합니다.  

극복하는 장벽

OSC가 널리 판매되기 전에해야 할 일이 많이 남아 있습니다. 가장 큰 문제 중 하나는 제조 공정에 사용되는 용매입니다. 성능이 가장 우수한 OSC의 대부분은 염소 처리 된 용매를 사용하여 만들어지며 이는 건강 및 환경 위험을 모두 나타냅니다. 조지아 공대 (Georgia Tech)의 전기 및 컴퓨터 공학 교수 인 Bernard Kippelen은“OSC 제조를 확장 할 때는 제조 공장에서 일할 사람들의 노출을 고려해야합니다. 지금까지의 연구는 점점 더 높은 효율성을 얻는 데 중점을 두었지만 Kippelen이 말했듯이 "우리는 하나의 숫자를 훨씬 뛰어 넘는 접근 방식이 필요합니다." OSC를 실행 가능한 기술로 만들려면 제조 프로세스를 최적화하여 더 안전하고 비용 효율적으로 만들어야합니다.

OSC의 대량 생산에 대한 또 다른 장벽은 이상적인 실험실 조건에서 테스트 된 개별 세포의 효율성과 더 큰 모듈에 대해 입증 된 효율성 간의 차이입니다. 개별 셀은 높은 효율성을 가질 수 있지만 여러 셀을 모듈, 패널 또는 어레이로 조립하려면 효율성을 저하시키는 추가 전기 연결이 필요합니다. 그러나 Kippelen이 지적했듯이 이러한 종류의 불균형이 예상됩니다. “셀 효율의 증가가 제조 라인에서 나오는 모듈의 효율에 반영되기까지는 시간이 걸립니다.”라고 그는 말합니다. "실리콘 태양 전지도 마찬가지입니다."

OSC 연구에 대한 자금 지원은 또 다른 관심사입니다. 미국에서는 태양 전지 연구 자금의 대부분이 에너지 부와 같은 정부 기관에서 나옵니다. 그러나 Kippelen에 따르면“OSC에 대한 연구를하기 위해 많은 자금원이 말라 버렸습니다.”라고 불리는 태양 전지의 급속한 확장 클래스의 출현으로 인해 페 로브 스카이 트. "어떤 경우에는 효율이 실리콘보다 훨씬 높기 때문에 페 로브 스카이 트의 사용에 대한 많은 흥분이있었습니다."라고 Kippelen은 말합니다. 그러나 미국에서 OSC에 대한 자금이 감소 했음에도 불구하고 중국은 계속해서 OSC 연구 개발을 주도하고 있습니다. "미국의 [OSC 연구에 대한] 작업량은 중국 작업량의 극히 일부에 불과합니다."라고 Marder는 말합니다. "중국 사람들은 이것에 대해 완전히 폭발하고 있습니다." 

낙관주의의 이유

특히 개발 도상국이 선진국이 누리는 주문형 에너지 생산의 동일한 혜택을 열망함에 따라 미래 세계 에너지 소비는 계속해서 증가 할 것입니다. Marder, Kippelen, Jeffries-EL 및 So와 같은 연구원들은 OSC 기술이 재생 에너지로의 글로벌 전환에서 독특하고 중요한 역할을 할 잠재력이 있다고 말합니다. 최근 OSC 효율이 18 %로 증가함에 따라 많은 연구자들이이 기술을 발전시키기 위해 노력하고 있으며, 과학자들은 이제 더 많은 에너지를 포착하기 위해 탠덤 OSC (태양 광의 서로 다른 파장을 흡수하는 두 가지 재료를 사용)를 조사하고 있습니다. 일부는이 개발이 OSC 효율성을 최대 20 %까지 더 높일 수 있기를 희망합니다.

Kippelen은 OSC 기술에 대한 장기적인 관점을 요구합니다. “태양 광 기술은 오랫동안 존재하게 될 것입니다. 시간이 지남에 따라 OSC가 정말 중요한 기술로 자리 매김 할 것입니다.”라고 그는 말합니다.

저자에 관하여

 Kellie Stellmach는 박사 과정을 추구하는 대학원생입니다. Georgia Tech에서 화학을 전공했습니다. 그녀는 환경 및 지속 가능성 문제를 해결하기 위해 새로운 유기 재료를 개발하는 데 열정적입니다. 그녀의 현재 연구는 재활용 가능한 재료로 잠재적 인 응용이 가능한 저온 폴리머 합성에 초점을 맞추고 있습니다.

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