Stel je voor dat je voor een muur van ramen staat, het uitzicht overzien. Je hoort iemand achter je de kamer binnenkomen. Jouw beurt. "Welkom, "zeg je. "Hier is de video die ik je wilde laten zien." Met een druk op de knop, het uitzicht verdwijnt en de ramen veranderen in een high-definition tv-scherm.

Nee, je vriend is geen James Bond, en jij bent niet de volgende Q. Toch, zelfs als je de video bekijkt, je raam-tv doet net zoveel om een ​​wereldwijde catastrofe te voorkomen als een Bond-filmgadget ooit heeft gedaan. Zie je, het is ook een zonnepaneel, voortdurend hernieuwbare energie van de zon oogsten. Het probleem van klimaatverandering is geen typische filmsuperschurk, maar het is een lastiger probleem dan Goldfinger stelde. Slechter, de pogingen van de mensheid om het op te lossen met bestaande technologieën werken niet snel genoeg.

De helden die te hulp schieten, kunnen een nieuwe technologie zijn die organische halfgeleiders wordt genoemd. een nieuwe manier om materialen te maken die alleen onder bepaalde omstandigheden elektriciteit geleiden. De meeste halfgeleiders in moderne elektronica zijn gemaakt van kristallijn, rotsvormende elementen zoals silicium. Organische halfgeleiders, daarentegen, zijn voornamelijk gemaakt van op koolstof gebaseerde moleculen. Ze kosten minder energie om te maken dan conventionele halfgeleiders. Een conventionele fotovoltaïsche cel, bijvoorbeeld, het kan jaren duren om zoveel energie te produceren als nodig was om het te bouwen; een organische fotovoltaïsche cel duurt slechts enkele maanden.

Echter, misschien wel het meest opwindende aan organische halfgeleiders is dat het mogelijk is om moleculen te ontwerpen die flexibel zijn, lichtgewicht, gekleurd of volledig transparant. In het lab waar ik werk, we ontwerpen en testen nieuwe kleine moleculen met specifieke, gerichte eigenschappen - zoals het maken van een eenvoudig transparant paneel in een venster, scherm en zonnepaneel.

Zonne-energie opvangen

Het maken van een zonnepaneel dat ook een raam is, vereist een beetje creativiteit:het moet iets zijn dat zowel licht absorbeert als elektriciteit maken, en laat licht door, om mensen naar binnen en naar buiten te laten kijken.

Ons materiaal maakt gebruik van het feit dat een raam alleen menselijk zichtbaar licht hoeft door te laten; in mijn laboratorium, we kunnen moleculen maken die alleen UV- en infraroodlicht absorberen, golflengten van licht die onze ogen niet zien. Dit zijn delen van het spectrum die we toch niet echt door een raam willen laten gaan. UV-licht zorgt voor zonnebrand. En infrarood licht is heet:door het eruit te filteren, kunt u besparen op het energieverbruik en de kosten van airconditioning. Het is waar dat onze methode niet absoluut alle energie in zonlicht vastlegt, maar dat is oke. De hoeveelheid zonne-energie die elk uur de aarde bereikt, is meer dan de hele mensheid in een jaar verbruikt.

Het proces omdraaien

Organische halfgeleiders zijn ook nuttig voor het maken van monitoren en displays. Als je erover nadenkt, een scherm is eigenlijk een zonnepaneel dat achteruit loopt. Het wekt licht op uit een elektrische stroom. Zowel bij zonnepanelen als beeldschermen gaat het om conversies tussen licht en elektriciteit. Net zoals we transparante organische halfgeleiders kunnen ontwerpen, we kunnen moleculen ontwerpen die specifieke kleuren licht uitstralen wanneer een elektrische stroom wordt toegepast.

Stel één molecuul samen dat rood uitstraalt, een molecuul dat blauw uitzendt, en één molecuul dat groen uitzendt, en je hebt een organische lichtgevende diode. Dat zijn de sleutels tot wat in de tv- en monitormarkt bekend staat als OLED-schermen.

Om een ​​slim venster te maken, we zouden twee lagen organische halfgeleiders moeten deponeren - een laag om elektriciteit op te wekken uit zonlicht en een andere om licht uit te stralen - op een pan van transparant geleidend materiaal, zoals indiumtinoxide. Deze technologieën bestaan, maar zijn nog niet te koop.

De stukjes in elkaar zetten

De helft van dit apparaat is al in de handel verkrijgbaar:energiezuinige OLED's met hoge resolutie zijn een grote hit op de markt voor tv's voor thuis en op kantoor.

Bedrijven die biologische zonnepanelen verkopen, en zelfs organische zonnepaneelramen, gaan net aan de slag. Lopende onderzoeksinspanningen, zoals die van mij, zijn gericht op het optimaliseren van de eigenschappen van deze materialen, het verhogen van hun efficiëntie, en ze duurzamer te maken.

Naarmate we de componenten beter maken, we zullen ook manieren vinden om organische halfgeleiderzonnecellen en organische halfgeleiderdisplays samen te integreren. Het kan nog een paar jaar duren, maar er is zeker een stimulans om dit te doen, met zoveel mogelijke toepassingen. Een elektrische auto met slimme ramen zou genoeg zonne-energie kunnen verzamelen om de auto 10 tot 15 mijl per dag te rijden, genoeg voor een normaal woon-werkverkeer. Er kunnen routebeschrijvingen op de voorruit verschijnen, te. Overal waar een raam is – of het nu in een wolkenkrabber of een stacaravan is – kan een slim raam zijn, ruimte besparen, energie besparen en de bewoners het gevoel geven dat ze James Bond zijn.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.