A printable, flexible, organic solar cell | Hannah Bürckstümmer

المترجم: المدقّق: Hussain Laghabi

You may have noticed that I'm wearing two different shoes.

ربما لاحظتم أنني أرتدي نوعين مختلفين من الأحذية.

It probably looks funny --

لا بد أن ذلك يبدو مضحكاً جداً ...

it definitely feels funny --

إنها بحق مضحكة جداً ...

but I wanted to make a point.

لكني أفعل ذلك لأني أريد أن أوضح أمراً.

Let's say my left shoe corresponds to a sustainable footprint,

دعوني أقول أن حذائي الأيسر يمثل طبعة القدم المستدامة،

meaning we humans consume less natural resources

ما يعني أننا كبشر نستهلك من الموارد الطبيعية كمية أقل

than our planet can regenerate,

مما ينتج كوكبنا،

and emit less carbon dioxide than our forests and oceans can reabsorb.

ونولد كمية من ثاني أكسيد الكربون أقل مما يمكن للغابات والمحيطات أن تمتص.

That's a stable and healthy condition.

إنه وضعٌ صحيٌ ومستقرٌ.

Today's situation is more like my other shoe.

الوضع اليوم هو أشبه بكثير بالحذاء الآخر.

It's way oversized.

إنه كبير جداً.

At the second of August in 2017,

في الثاني من شهر أغسطس في عام 2017،

we had already consumed all resources our planet can regenerate this year.

قمنا باستهلاك كافة الموارد التي يمكن لكوكبنا أن ينتجها هذا العام.

This is like spending all your money until the 18th of a month

إنه بمثل أن تنفق كل أموالك في اليوم الثامن عشر من الشهر

and then needing a credit from the bank for the rest of the time.

وبعدها ستحتاج للتدين من البنك لبقية الوقت.

For sure, you can do this for some months in a row,

بالتأكيد، يمكن أن تفعل هذا لبعض الأشهر المتتالية،

but if you don't change your behavior,

لكن إذا لم تغير سلوكك،

sooner or later, you will run into big problems.

فعاجلًا أم آجلًا، ستقع في مشاكل كبيرة.

We all know the devastating effects of this excessive exploitation:

كلنا نعلم الآثار المدمرة لهذا الاستغلال الجائر:

global warming,

الاحتباس الحراري،

rising of the sea levels,

ارتفاع منسوب مستوى سطح البحر،

melting of the glaciers and polar ice,

ذوبان الأنهار الجليدية والجليد القطبي،

increasingly extreme climate patterns and more.

التزايد المطرد في المسارات المناخية الخطرة، بل وهناك المزيد

The enormity of this problem really frustrates me.

إن ضخامة هذه المشكلة أحبطتني بحق.

What frustrates me even more is that there are solutions to this,

وما أحبطني أكثر هو وجود حلول لهذه المشكلة.

but we keep doing things like we always did.

لكننا نستمر بفعل أشياء مثلما نعملها دائماً.

Today I want to share with you

اليوم، أريد أن أعرض لكم

how a new solar technology can contribute to a sustainable future of buildings.

كيف يمكن للتقنيات الشمسية الحديثة المساهمة في المباني المستدامة المستقبلية.

Buildings consume about 40 percent of our total energy demand,

تستهلك المباني حوالي 40% من احتياجي الطاقة الكلية،

so tackling this consumption

لذا فإن تقليل هذا الاستهلاك

would significantly reduce our climate emissions.

سيؤدي إلى تقليل المشاكل البيئية بشكل كبير.

A building designed along sustainable principles

فإن مبنا مصمما على مبدأ الاستدامة

can produce all the power it needs by itself.

يمكنه أن يولد كل الطاقة التي يحتاجها بنفسه.

To achieve this,

لإنتاج هذا،

you first have to reduce the consumption as much as possible,

بجب عليك أولاً أن تقلل الاستهلاك قدر الإمكان،

by using well-insulated walls or windows, for instance.

من خلال استخدام جدران ونوافذ معزولةً جداً، كبداية

These technologies are commercially available.

هذه التكنولوجيا متوفره بشكل تجاري.

Then you need energy for warm water and heating.

ولكننا نحتاج إلى الطاقة لتوفير الماء الدافئ وللتدفئة.

يمكن أن تحصل على هذا باستخدام الطاقة المتجددة القادمة من الشمس

You can get this in a renewable way from the sun

through solar-thermal installations

من خلال توفير نظام السخان الشمسي

or from the ground and air, with heat pumps.

أو من الأرض والهواء، باستخدام المضخة الحرارية.

All of these technologies are available.

كل هذه التقنيات موجودة.

Then you are left with the need for electricity.

ومن ثم نتحول إلى الحاجة الكهربائية في المنازل.

In principle, there are several ways to get renewable electricity,

نظرياً، هناك العديد من الطرق للحصول على كهرباء متجددة،

but how many buildings do you know which have a windmill on the roof

لكن كم من المباني التي تعرفها والتي تمتلك طاحونة هواء على سطحها

or a water power plant in the garden?

أو محطة توليد كهرباء مائية في حديقتها؟

Probably not so many, because usually, it doesn't make sense.

ربما ليس بالكثير، لأنه عادة ليس منطقياً.

But the sun provides abundant energy to our roofs and facades.

لكن الشمس توفر طاقة مستدامة على أسطح وواجهات المباني.

The potential to harvest this energy at our buildings' surfaces is enormous.

إن كمية هذه الطاقة المحصودة من أسطح المنازل كبيرة جداً.

Let's take Europe as an example.

دعونا نأخذ أوروبا كمثال.

If you would utilize all areas which have a nice orientation to the sun

إذا قمتم باستغلال كامل المساحات ذات التوجيه الجيد نحو الشمس

and they're not overly shaded,

وهي غير مغطاة بالكامل،

the power generated by photovoltaics

فإن الطاقة الناتجة من الخلايا الكهروضوئية

would correspond to about 30 percent of our total energy demand.

قد تصل لحوالي 30% من احتياجي الطاقة الكلية.

But today's photovoltaics have some issues.

لكن اليوم فالخلايا الكهروضوئية فيها العديد من المشاكل.

They do offer a good cost-performance ratio,

إنها توفر كفاءة مرتفعةً جداً،

but they aren't really flexible in terms of their design,

لكنها لا تتمتع بالمرونة في تصميمها،

and this makes aesthetics a challenge.

مما يجعل الجماليات تحدياً صعباً.

People often imagine pictures like this

الناس عادة ما تتخيل صورة كمثل هذه

when thinking about solar cells on buildings.

عندما يفكرون بالخلايا الشمسية على المباني.

This may work for solar farms,

هذا قد يعمل في المزارع الشمسية،

but when you think of buildings, of streets, of architecture,

ولكن عندما تفكر في المباني، في الشوارع، وفي الهندسة المعمارية،

aesthetics does matter.

فالجمالية أمر مهم جداً.

This is the reason why we don't see many solar cells on buildings today.

هذا هو السبب لماذا لا نرى العديد من الخلايا الشمسية على المباني حالياً.

They just don't match.

لأنها لا تتوافق مع جمالية المبنى.

Our team is working on a totally different solar-cell technology,

فريقنا يعمل الآن على تكنولوجيا مختلفةً تماماً للخلايا الشمسية.

which is called organic photovoltaics or OPV.

والتي تدعى الخلايا الكهروضوئية العضوية أو أو بي في

The term organic describes

المصطلح عضوي يستخدم لوصف

that the material used for light absorption and charge transport

المادة التي تستخدم لامتصاص الضوء ونقل الشحنة

are mainly based on the element carbon,

بحيث أنها تتكون بشكل أساسي من عنصر الكربون،

and not on metals.

وليس من المعدن.

We utilize the mixture of a polymer

نحن نستخدم خليط البوليمر

which is set up by different repeating units,

والتي يتم عملها من خلال وحدات مختلفة متكررة،

like the pearls in a pearl chain,

مثل اللؤلؤ في عقد اللؤلؤ،

and a small molecule which has the shape of a football

والجزيئات الصغيرة التي لديها شكل كرة القدم

and is called fullerene.

والتي تدعا الفوليرين.

These two compounds are mixed and dissolved to become an ink.

هذان المركبان يتم خلطها وتذويبها لتصبح حبراً.

And like ink,

وكمثل الحبر،

they can be printed with simple printing techniques like slot-die coating

يمكن طباعتها باستخدام تقنيات طباعة شبيهة بالطباعة بالنفث الشقي

in a continuous roll-to-roll process on flexible substrates.

باستخدام نهج الاسطوانات المتتابعة على ركائز مرنة.

The resulting thin layer is the active layer,

الطبقة الرقيقة الناتجة هي الطبقة الفعالة،

absorbing the energy of the sun.

التي تمتص الطاقة من الشمس.

This active layer is extremely effective.

هذه الطبقة الفعالة ذات أثر كبير جداً.

You only need a layer thickness of 0.2 micrometers

أنتم بحاجة وحسب لطبقة سماكتها 0.2 ميكروميتر

to absorb the energy of the sun.

لامتصاص الطاقة من الشمس.

This is 100 times thinner than a human hair.

وهذا أنحف بمئة مرة من شعر الإنسان.

To give you another example,

لنعطيكم مثالاً آخر،

take one kilogram of the basic polymer

خذ كيلوغرام واحدا من البوليمر الأساسي

and use it to formulate the active ink.

والذي يستخدم لتكوين الحبر الفعال.

With this amount of ink,

بهذه الكمية من الحبر،

you can print a solar cell the size of a complete football field.

يمكنك طباعة خلية شمسية بحجم ملعب كرة القدم الكامل.

So OPV is extremely material efficient,

لذا فإن الخلايا الكهروضوئية العضوية ذات كفاءة مادية عالية،

which I think is a crucial thing when talking about sustainability.

والذي أعتقد بأنه أمر أساسي عندما نتحدث عن الاستدامة.

After the printing process,

بعد الانتهاء من الطباعة،

you can have a solar module which could look like this ...

يمكن أن تحصل على نموذج شمسي يمكن أن يبدو مثل هذا ...

It looks a bit like a plastic foil

إنها أشبه بالرقائق البلاستيكية

and actually has many of its features.

وفي الحقيقة فهي لديها العديد من خصائصها.

It's lightweight ...

إنها خفيفة الوزن...

it's bendable ...

وهي قابلة للطي ...

and it's semi-transparent.

كما أنها شبه شفافة.

But it can harvest the energy of the sun outdoors

لكنها تستطيع حصد الطاقة من الشمس في الخارج

and also of this indoor light,

وكذلك تحصدها من الضوء الداخلي،

as you can see with this small, illuminated LED.

كما ترى في هذه القطعة الصغيرة من الشاشة المضيئة.

You can use it in its plastic form

يمكن أن تستخدمها في الرقائق البلاستيكية

and take advantage of its low weight and its bendability.

ويمكن أن تستفيد من انخفاض الوزن وقابليتها على الانثناء.

The first is important when thinking about buildings in warmer regions.

الأول في غاية الأهمية عندما تفكر في المباني في المناطق الحارة.

Here, the roofs are not designed to bear additionally heavy loads.

هنا، لم يصمم السقف ليتقبل المزيد من القوى الثقيلة.

They aren't designed for snow in winter, for instance,

فعلى سبيل المثال فإن هذه المباني لم تصمم للثلوج في الشتاء،

so heavy silicon solar cells cannot be used for light harvesting,

فالخلايا الشمسية المصنوعة من السليكا لا يمكن أن تستخدم في حصد الضوء،

but these lightweight solar foils are very well suited.

ولكن هذه الرقائق الشمسية الخفيفة مناسبة جداً.

The bendability is important

قدرتها على الانثناء مهمةٌ جداً

if you want to combine the solar cell with membrane architecture.

كما يمكن أن تجمع بين الخلايا الشمسية والقشر المعمارية.

Imagine the sails of the Sydney Opera as power plants.

تخيل أن الأشرعة في مبنى الأوبرا في سدني تعمل كحقل طاقة.

Alternatively, you can combine the solar foils

بدلاً من ذلك، يمكن أن تجمع بين الرقائق الشمسية

with conventional construction materials like glass.

مع المواد التقليدية المستخدمة في الإنشاء كمثل الزجاج.

Many glass facade elements contain a foil anyway,

حيث أن الكثير من زجاج الواجهات يحتوي على الرقائق على كل حال.

to create laminated safety glass.

وذلك لتوفير زجاج لوحي آمن.

It's not a big deal to add a second foil in the production process,

إنه ليس بالأمر الكبير أن تقوم بإضافة رقاقة ثانية في مرحلة الإنتاج،

but then the facade element contains the solar cell

فبهذا تصبح عناصر الواجهات تحتوي على خلايا شمسية

and can produce electricity.

وتنتج طاقة كهربائية.

Besides looking nice,

هذا بالإضافة لمنظرها الجميل،

these integrated solar cells come along with two more important benefits.

هذه الخلايا الشمسية تأتي مع فائدتين مهمتين.

Do you remember the solar cell attached to a roof I showed before?

هل تذكرون صورة الخلايا الشمسية على الأسطح التي عرضتها سابقاً؟

In this case, we install the roof first,

في هذه الحالة، نعمل السقف أولاً،

and as a second layer, the solar cell.

ثم كطبقة ثانية، الخلايا الشمسية.

This is adding on the installation costs.

وهذا يضيف تكلفة التجهيز.

In the case of integrated solar cells,

في حالة الخلايا الشمسية المدمجة،

at the site of construction, only one element is installed,

في موقع الإنشاءات، فعنصر واحد يتم إعداده،

being at the same time the envelope of the building

ليصبح في الوقت نفسه غطاءً للمبنى

and the solar cell.

وخلايا شمسية.

Besides saving on the installation costs,

بجانب التوفير من كلفة الإعداد،

this also saves resources,

وهذا أيضاً يحفظ الموارد،

because the two functions are combined into one element.

لأن كلا الوظيفتين تتحدان في عنصر واحد.

Earlier, I've talked about optics.

في وقت سابق، تحدثت حول الموضوع.

I really like this solar panel --

أنا بجد أحب هذه اللوائح الشمسية ...

maybe you have different taste or different design needs ...

ربما يكون لكم ذوق مختلفة أو احتياجات تصميم مختلفة ...

No problem.

لا مشكلة.

With the printing process,

مع عملية الطباعة،

the solar cell can change its shape and design very easily.

يمكن للخلايا الشمسية تغيير شكلها وتصميمها بسهولة.

This will give the flexibility to architects,

وهذا يعطي المعماري شيئاً من المرونة،

to planners and building owners,

كما ويعطي ذلك للمخطط ولمالك المبنى،

to integrate this electricity-producing technology as they wish.

لدمج تكنولوجيا الإنتاج الكهربائي كما يريدونها.

I want to stress that this is not just happening in the labs.

أريد أن أأكد أن ذلك لا يحدث وحسب في المختبرات.

It will take several more years to get to mass adoption,

إنها تحتاج للمزيد من السنوات الأضافية لتصبح مستخدمة

but we are at the edge of commercialization,

لكننا على حافة التسويق،

meaning there are several companies out there with production lines.

ما يعني أن هناك العديد من الشركات هناك التي لديها خطوط إنتاج.

They are scaling up their capacities,

إنهم يزيدون قدراتهم،

and so are we, with the inks.

وكذلك نفعل نحن، باستخدام الحبر.

(Shoe drops)

(سقوط الحذاء)

This smaller footprint is much more comfortable.

طبعة القدم الأصغر هي أكثر راحة.

(Laughter)

(ضحك)

It is the right size, the right scale.

إنها الحجم الصحيح، المقياس الصحيح.

We have to come back to the right scale when it comes to energy consumption.

يجب أن نعود للمقياس الصحيح عندما نتكلم بخصوص استهلاك الطاقة.

And making buildings carbon-neutral is an important part here.

وجعل المبنى متعادلا بالكربون هو جزء مهم هنا.

In Europe,

في أوروبا،

we have the goal to decarbonize our building stock [by] 2050.

لدينا هدف بأن نتخلص من الكربون في ضرائب المباني مع عام 2050.

I hope organic photovoltaics will be a big part of this.

وأنا آمل أن الخلايا الكروضوئية العضوية ستكون جزء كبيراً من هذا.

Here are a couple of examples.

لدينا مثالان اثنان.

This is the first commercial installation of fully printed organic solar cells.

هذا يمثل الإدخال التجاري الأول لخلايا شمسية عضوية مطبوعة بالكامل.

"Commercial" means that the solar cells were printed on industrial equipment.

"تجاري" تعني أن الخلايا الشمسية تطبع بواسطة المعدات الصناعية.

The so-called "solar trees" were part of the German pavilion

المدعو "بالشجر الشمسي" كان جزءاً من الجناح الألماني

at the World Expo in Milan in 2015.

في معرض إكسبو العالمي في ميلان في 2015.

They provided shading during the day

إنها توفر الظل في النهار

and electricity for the lighting in the evening.

وتوفر الكهرباء للإضاءة في المساء.

You may wonder why this hexagonal shape was chosen for the solar cells.

ربما تتعجبون عن السبب وراء اختيار الشكل السداسي للخلايا الشمسية.

Easy answer:

جواب سهل:

the architects wanted to have a specific shading pattern on the floor

المهندس المعماري أراد الحصول على مسار تظليل محدد على الأرض

and asked for it,

وطلب ذلك،

and then it was printed as requested.

وثم طُبع له ذلك وفقاً للطلب.

Being far from a real product,

نحن بعيدون عن المنتج الحقيقي،

this free-form installation hooked the imagination of the visiting architects

هذا شكل حر من استخدام وتنفيذ مخيلة المعماري

much more than we expected.

أكثر بكثير مما تتوقع.

This other application is closer to the projects

هذا تطبيق آخر قريب من المشاريع

and applications we are targeting.

والتطبيقات التي نهدف لها.

In an office building in São Paulo, Brazil,

في مبنى المكاتب في ساو باولو، البرازيل،

semitransparent OPV panels are integrated into the glass facade,

حيث تندمج اللوحات شبة الشفافة مع زجاج الواجهة،

serving different needs.

ما يخدم حاجات مختلفة.

First, they provided shading for the meeting rooms behind.

أولاً فهو يوفر الظل المناسب ليوافق الغرف في الخلف.

Second, the logo of the company is displayed in an innovative way.

وثانياً، فإن شعار الشركة يُعرض بطريقة مبتكرة.

And of course, electricity is produced,

وبالطبع، تنتج الكهرباء،

reducing the energy footprint of the building.

مما يقلل من طبعة الطاقة الخاصة بالمبنى.

This is pointing towards a future

هذا توجه نحو المستقبل

where buildings are no longer energy consumers,

حيث المباني لم تعد مستهلكةً للطاقة،

but energy providers.

ولكنها تزودنا بالطاقة.

I want to see solar cells seamlessly integrated

أريد أن أرى الخلايا الشمسية متكاملة بشكل سلس

into our building shells

في غلاف مبانينا

to be both resource-efficient and a pleasure to look at.

لتصبح فعالة في مواردها وجميلةً في منظرها.

For roofs, silicon solar cells will often continue to be a good solution.

للأسقف، ستبقى الخلايا الشمسية المصنوعة من السليكا حلاً مناسباً.

But to exploit the potential of all facades and other areas,

ولكن لاستغلال المساحات في كل الواجهات والمناطق،

such as semitransparent areas,

كمثل المساحات شبه الشفافة،

curved surfaces and shadings,

الأسطح المنحنية والمظللة،

I believe organic photovoltaics can offer a significant contribution,

فإني أعتقد بأن الخلايا الكروضوئية العضوية يمكنها أن تساهم مساهمةً فاعلة،

and they can be made in any form architects and planners will want them to.

ويمكنهم أن يشكلوها بأي شكل حسب حاجات المخطط والمهنس المعماري ورغباتهم.

Thank you.

شكراً لكم.

(Applause)

(تصفيق)