Imaginați-vă stând în picioare în fața unei ferestre, iar cineva tocmai intră în camera în care vă aflaţi. Vă întoarceţi spre persoana respectivă şi-i spuneţi „Bine aţi venit. Iată videoclipul pe care doream să vi-l arăt”. Brusc, printr-o simplă apăsare a unui buton, fereastra se transformă într-un ecran TV de înaltă definiție.

Nu, prietenul dumneavoastră nu este James Bond și nici dumneavoastră nu sunteţi următorul Q. Totuși, această fereastră inteligentă ar putea ajuta la rezolvarea uneia dintre cele mai grave probleme cu care se confruntă planeta, mai mult decât oricare alt gadget inteligent utilizat de James Bond, deoarece ea este şi un panou solar care captează energie regenerabilă de la Soare.

Ferestrele inteligente

Ferestrele inteligente vor îngloba un panou solar şi ecranul unui televizor?

Credit: patat/Shutterstock.com

Schimbările climatice reprezintă o problemă reală a planetei, iar eforturile omenirii de a le rezolva cu ajutorul tehnologiilor existente necesită un timp lung. În schimb, tehnologia semiconductorilor organici s-ar putea dovedi soluţia salvatoare.

Materialele semiconductoare organice conduc electricitatea numai în anumite condiții. Cei mai mulţi semiconductori din electronica modernă sunt fabricaţi din materiale cristaline, precum ar fi siliciul. În schimb semiconductorii organici sunt realizați, în principal, din molecule pe bază de carbon.

Pentru realizarea semiconductorilor organici se consumă mai puțină energie decât în cazul semiconductorilor convenționali. O celulă fotovoltaică convențională, de exemplu, trebuie să funcţioneze timp de câţiva ani pentru ca să genereze o cantitate de energie mai mare decât cea consumată pentru fabricarea ei. În cazul unei celule fotovoltaice organice este nevoie de doar câteva luni.

Poate cel mai interesant aspect despre semiconductorii organici este faptul că se pot proiecta molecule flexibile, ușoare, colorate sau complet transparente. Se pot realiza astfel noi molecule cu proprietăți specifice, cum ar fi cele necesare pentru crearea unui panou transparent care să fie fereastră, ecran de televizor și panou solar.

Panouri solare organiceFiecare dintre aceste mostre de cercetare este un mic panou solar organic fabricat din diverse molecule cu un grad diferit de transparență. Credit: Kerry Rippy

Captarea energiei solare

Realizarea unui panou solar care să fie folosit şi pe post de fereastră necesită creativitate. Acesta trebuie să absoarbă radiaţia ultravioletă şi infraroşie de la Soare, să genereze energie electrică şi să fie transparent pentru radiaţia electromagnetică din spectrul vizibil.

Cercetătorii pot realiza în condiţii de laborator molecule care absorb doar radiaţia ultravioletă și radiaţia infraroșie. Acestea sunt radiaţii ale spectrului electromagnetic care nu trebuie să treacă prin fereastră.

Se ştie că radiaţiile ultraviolete pot provoca arsuri de piele, dar şi radiaţia infraroșie este fierbinte. Filtrarea acestor radiaţii poate reduce consumul de energie al aparatelor de aer condiționat.

Este adevărat că aceste panouri solare nu pot capta toată energia din radiaţia solară, dar aceasta nu reprezintă o problemă, deoarece cantitatea de energie solară care ajunge pe Pământ, în fiecare oră, este mai mare decât energia pe care o utilizează omenirea timp de un an.

Panourile solare organice transparente absorb radiația ultravioletă și radiația infrarosie din spectrul electromagneticPanourile solare organice transparente absorb radiaţia ultravioletă şi radiaţia infraroşie și nu absorb partea din spectrul electromagnetic care include spectrul vizibil. Credit: Kerry Rippy.

Panouri de televizor

Semiconductorii organici sunt utili, de asemenea, pentru realizarea de panouri pentru monitoare şi televizoare. Acestea generează lumină de la un curent electric.

Panourile solare și ecranele de televizor implică conversii între lumină și electricitate. Se pot proiecta semiconductori organici transparenți pentru panourile solare, dar şi molecule care emit lumină de diferite culori pentru ecranele de televizor, atunci când li se aplică un curent electric.

O diodă organică emiţătoare de lumină OLED (Organic Light Emitting Diode) conţine trei molecule: o moleculă care emite lumină albastră, o moleculă care emite lumină verde şi o moleculă care emite lumină roșie. Aceste diode stau la baza construcţiei panourilor care sunt utilizate în televizoarele OLED moderne.

Diagramele de funcționare ale celulelor fotovoltaice organice și ale diodelor organice emițătoare de luminăDiagramele simplificate de funcţionare ale celulelor fotovoltaice organice și diodelor organice emiţătoare de lumină. Credit: Kerry Rippy

Pentru a realiza o fereastră inteligentă, care să înglobeze un panou solar şi un panou de televiziune, ar trebui ca aceasta să conţină două straturi de semiconductori organici, un strat care să genereze energie electrică pe baza radiaţiei solare și un altul care să emită lumină, depuse pe un suport realizat dintr-un material conductor transparent, cum ar fi oxidul de indiu.

Jumătate din acest dispozitiv există deja în comerț. Televizoarele şi monitoarele OLED cu rezoluție mare şi eficiente din punct de vedere energetic se bucură deja de un mare succes.

Există deja companii care produc şi vând panouri solare organice și chiar ferestre ecologice cu panouri solare. Cercetările în curs de desfășurare vizează optimizarea proprietăților materialelor utilizate pentru realizarea acestora, mărirea eficienței energetice și creșterea durabilității.

Odată cu optimizarea componentelor se vor găsi și modalități eficiente de integrare a celulelor solare realizate pe baza semiconductorilor organici și a panourilor OLED. Probabil că până atunci vor mai trece câţiva ani, dar cu siguranță există suficiente motive pentru a face acest lucru, având în vedere multitudinea de aplicații posibile.

O mașină electrică cu ferestre inteligente ar putea colecta suficientă energie solară pentru a parcurge 16…24 km în fiecare zi, iar indicaţiile privind traseul parcurs ar putea fi afişate pe parbriz.

Oriunde există ferestre, indiferent că este vorba de un zgârie-nori sau de un autoturism, ar putea exista o fereastră inteligentă care economiseşte spațiu, energie și care să-i facă pe oameni să se simtă ca James Bond.

Traducere şi adaptare după Smart windows could combine solar panels and TVs too