A printable, flexible, organic solar cell | Hannah Bürckstümmer

Translator: sajad alizadeh Reviewer: sadegh zabihi

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

‫شاید متوجه شده باشید ‫که لنگه‌های کفشم فرق می‌کنند.

It probably looks funny --

‫شاید خنده‌دار به نظر برسد،

it definitely feels funny --

‫حتما خنده‌‌دار است.

but I wanted to make a point.

‫ولی می‌خواستم ‫مطلبی را برسانم.

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

‫فکر کنید لنگه چپ کفشم، ‫اثر پایدار دارد.

meaning we humans consume less natural resources

‫یعنی اینکه ما انسان‌ها کمتر از‫ آنکه سیا‌ره‌مان بتواند باز-تولید کند،

than our planet can regenerate,

‫منابع طبیعی مصرف کنیم،

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

و دی‌اکسیدکربن کمتری از آنچه جنگل‌ها و اقیانو‌س‌ها بازجذب می‌کنند، تولید کنیم.

That's a stable and healthy condition.

‫این یک وضعیت پایدار و سالم است.

Today's situation is more like my other shoe.

‫وضعیت امروز ما بیشتر شبیه ‫این یکی لنگه کفشم است.

It's way oversized.

‫بسیار حجیم شده است.

At the second of August in 2017,

در دوم اوت ۲۰۱۷،

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

‫تمام منابعی که سیاره‌مان امسال می‌تواند ‫بازتولید کند، مصرف کردیم.

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

‫مثل این می‌ماند که همه پول‌تان را ‫تا ۱۸ام ماه تمام کنید،

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

‫و بعد برای بقیه ماه به اعتبار بانک احتیاج پیدا کنید.

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

‫قطعاً می‌توانید اینکار را چند ماه پشت‌سرهم انجام دهید،

but if you don't change your behavior,

‫ولی اگر به این کارتان ادامه دهید،

sooner or later, you will run into big problems.

‫دیر یا زود به مشکلات بزرگی برمی‌خورید.

We all know the devastating effects of this excessive exploitation:

‫همه ما تاثیرات ویران‌کننده ‫این بهره‌برداریِ بی‌رویه را می‌دانیم:

global warming,

‫گرمایش جهانی،

rising of the sea levels,

‫بالا آمدن سطح دریاها،

melting of the glaciers and polar ice,

‫آب شدن یخچال‌های طبیعی و یخ‌های قطبی،

increasingly extreme climate patterns and more.

‫افزایشِ افراطی شدن ‫الگوهای آب‌وهوایی و غیره.

The enormity of this problem really frustrates me.

‫شدت این مشکل واقعا من را ‫عاجز می‌کند.

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

‫چیزی که عاجزترم می‌کند این است که این مشکل راه‌حل‌هایی دارد،

but we keep doing things like we always did.

‫ولی ما مثل گذشته به کارهایمان ادامه می‌دهیم.

Today I want to share with you

‫امروز می‌خواهم به شما بگویم

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

‫چگونه یک فناوری جدید خورشیدی، می‌تواند به ساختمان‌سازیِ پایدار آینده کمک کند.

Buildings consume about 40 percent of our total energy demand,

‫ساختمان‌ها تقریباً ۴۰ درصد از ‫کل انرژی ما را مصرف می‌کنند،

so tackling this consumption

‫پس حذف این گونه مصرف‌ها

would significantly reduce our climate emissions.

‫به میزان قابل ملاحظه‌ای ‫انتشارات جوی را کاهش می‌دهد.

A building designed along sustainable principles

‫ساختمانی که طبق اصول محیط زیستی ساخته می‌شود،

can produce all the power it needs by itself.

می‌تواند تمام انرژی مورد نیاز خودش را تولید کند.

To achieve this,

‫برای عملی شدن این موضوع،

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

‫اول باید مصرف را تا حد امکان کاهش دهید.

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

مثلا با استفاده از دیوارها یا پنجره‌های کاملاً عایق.

These technologies are commercially available.

این تکنولوژی‌ها هم‌اکنون در بازار قابل خریداری هستند.

Then you need energy for warm water and heating.

در مرحله بعدی نیاز به آب گرم و سیستم گرمایشی دارید.

شما می‌توانید با نصب تاسیسات خورشیدی-گرمایشی این انرژی را

You can get this in a renewable way from the sun

through solar-thermal installations

بشکل تجدیدپذیر از خورشید بدست بیاورید،

or from the ground and air, with heat pumps.

یا با استفاده از پمپ‌های گرمایشی از زمین وهوا استفاده کنید.

All of these technologies are available.

‫تمامیِ این تکنولوژی‌ها ‫در دسترس هستند.

Then you are left with the need for electricity.

‫بعد از آن به برق نیاز پیدا می‌کنید.

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

‫اصولاً چندین راه برای تامین انرژیِ ‫تجدیدپذیرِ برق وجود دارد،

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

‫ولی چند ساختمان سراغ دارید که روی ‫سقفشان آسیاب بادی نصب کرده‌اند،

or a water power plant in the garden?

‫یا موتور آبی در باغچه‌شان دارند؟

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

‫احتمالا زیاد نیستند چون معمولا ‫با عقل جور درنمی‌آید.

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

ولی خورشید انرژیِ زیادی روی سقف‌ها و نمای ساختمان‌های ما ساطع می‌کند.

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

‫قابلیت استفاده از این انرژی که روی سطوح ‫ساختمان‌های ما وجود دارد، بسیار بالاست.

Let's take Europe as an example.

مثلاً اروپا را در نظر بگیرید.

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

‫اگر از همه ناحیه‌هایی که زاویه مناسبی نسبت به خورشید دارند

and they're not overly shaded,

و سایه زیادی ندارند استفاده شود،

the power generated by photovoltaics

‫انرژی که فوتوولتائیک‌ها تولید می‌کنند،

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

تقریبا ۳۰ درصد از کل انرژی مورد نیاز ما را تامین می‌کند.

But today's photovoltaics have some issues.

‫ولی امروزه فوتوولتائیک‌ها مشکلاتی دارند.

They do offer a good cost-performance ratio,

البته نسبت قیمت به عملکردشان خوب است،

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

‫ولی طراحی آن‌ها ‫قابلیت تغییر زیادی ندارد،

and this makes aesthetics a challenge.

و همین موضوع از لحاظ زیباشناسی مشکل‌ساز است.

People often imagine pictures like this

‫مردم وقتی به سلول‌های خورشیدیِ ‫ساختمان‌ها فکر می‌کنند،

when thinking about solar cells on buildings.

معمولا همچین تصویری‫ به ذهنشان میرسد.

‫این‌ها شاید برای مزارع خورشیدی مناسب باشند،

This may work for solar farms,

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

‫ولی وقتی بحثِ ساختمان‌ها، خیابان‌ها ‫یا معماری در میان باشد،

aesthetics does matter.

‫زیبایی اهمیت زیادی پیدا می‌کند.

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

‫به همین دلیل ما امروزه سلول‌های خورشیدیِ زیادی ‫روی ساختمان‌ها نمی‌بینیم.

They just don't match.

‫با هم سازگار نیستند.

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

‫تیم ما در حال کار کردن روی یک تکنولوژیِ کاملاً جدید ‫سلول خورشیدی است،

which is called organic photovoltaics or OPV.

که اسم آن فوتوولتائیک‌های آلی یا OPV است.

The term organic describes

‫واژه آلی حاکی از این موضوع است

that the material used for light absorption and charge transport

که مواد بکار رفته برای جذب نور و انتقال شارژ

are mainly based on the element carbon,

‫از عنصر کربن ساخته شده است،

and not on metals.

‫و نه فلزات.

We utilize the mixture of a polymer

ما از ترکیب پلیمری استفاده می‌کنیم

which is set up by different repeating units,

که از واحد‌های تکرار شونده متفاوت ساخته شده است،

like the pearls in a pearl chain,

‫مثل مروارید‌های یک زنجیرِ مروارید،

and a small molecule which has the shape of a football

و یک مولکول کوچک که ظاهرش شبیه توپ فوتبال‌ است

and is called fullerene.

و به آن فولرین می‌گویند.

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

این دو ماده مخلوط و محلول می‌شوند ‫ تا جوهری را تشکیل دهند.

And like ink,

‫و مثل جوهر،

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

می‌توان آنها را با تکنیک‌های ساده چاپ کردن، ‫از قبیل پوشش‌دهی نفوذی

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

‫طی فرآیند ادامه‌دار رول به رول کردن روی زیرلایه‌های انعطاف پذیر، چاپ کرد.

The resulting thin layer is the active layer,

لایه نازک نهایی همان لایه فعال است،

absorbing the energy of the sun.

که انرژیِ خورشید را جذب می‌کند.

This active layer is extremely effective.

‫این لایه فعال بسیار کارآمد است.

You only need a layer thickness of 0.2 micrometers

‫فقط لایه‌ای به ضخامت ۰/۲ میکرومتر نیاز است

to absorb the energy of the sun.

تا نور خورشید جذب شود.

This is 100 times thinner than a human hair.

‫این مقدار ۱۰۰ برابر نازک‌تر از یک تار موی انسان است.

To give you another example,

یک نمونه دیگر مثال می‌زنم،

take one kilogram of the basic polymer

‫یک کیلوگرم پلیمر پایه بردارید

and use it to formulate the active ink.

و برای تولید جوهر فعال از آن استفاده کنید.

With this amount of ink,

با این مقدار جوهر،

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

می‌توانید یک سلول خورشیدی به اندازه یک زمین فوتبال بسازید.

So OPV is extremely material efficient,

‫بنابراین OPV از لحاظ مواد ‫بسیار به صرفه‌ست،

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

که به عقیده من در زمینه پایداری بسیار ضروری است.

After the printing process,

‫بعد از فرآیند چاپ کردن،

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

ماده‌ای خواهید داشت که می‌تواند به این شکل باشد ...

It looks a bit like a plastic foil

‫کمی شبیه فویل پلاستیکی است،

and actually has many of its features.

‫و در حقیقت خیلی از ویژگی‌های آن را داراست.

It's lightweight ...

‫سبکی ...

it's bendable ...

‫انعطاف‌پذیری ...

and it's semi-transparent.

‫و نیمه شفاف بودنش.

But it can harvest the energy of the sun outdoors

‫ولی می‌تواند انرژی خورشیدی ‫موجود در فضای آزاد،

and also of this indoor light,

‫و همینطور این نور داخلی را،

as you can see with this small, illuminated LED.

‫همانطور که می‌بینید، ‫با این LED کوچک و روشن، جذب کند.

You can use it in its plastic form

می‌توانید از تغییرپذیری آن استفاده کنید

and take advantage of its low weight and its bendability.

و از سبکی و انعطاف پذیری‌اش بهره ببرید.

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

اولین ویژگی برای مواقعی که ساختمان‌ها در مناطق گرمتر قرار دارند، اهمیت پیدا می‌کند.

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

‫سقف‌های اینجا برای تحمل وزن‌های ‫سنگینِ اضافه طراحی نشده‌اند.

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

مثلاً برای تحمل برفِ زمستان طراحی نشده‌اند،

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

‫بنابراین نمی‌توان از سلول‌‌های خورشیدی سیلیکونیِ سنگین برای جذب‌نوراستفاده کرد،

but these lightweight solar foils are very well suited.

‫ولی این فویل‌های خورشیدیِ سبک ‫برای اینکار بسیار مناسب هستند.

The bendability is important

‫انعطاف‌پذیری مهم است،

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

‫اگر بخواهید سلول خورشیدی را ‫با سازه‌ی غشایی ادغام کنید.

Imagine the sails of the Sydney Opera as power plants.

‫تصور کنید سقف بادبانیِ ‫تالار اپرای سیدنی نیروگاه برق باشد.

Alternatively, you can combine the solar foils

‫شما قادر خواهید بود فویل‌های خورشیدی را

with conventional construction materials like glass.

‫با مواد سنتی سازه‌ها ‫مثل شیشه ادغام کنید.

Many glass facade elements contain a foil anyway,

‫خواه ناخواه خیلی ازعناصر نمای شیشه‌ای ‫حاویِ یک فویل هستند،

to create laminated safety glass.

‫تا شیشه‌های ایمنیِ ورقه‌ای را تشکیل دهند.

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

‫اضافه کردن یک فویل دیگر در فرآیند تولید ‫اهمیت زیادی ندارد،

but then the facade element contains the solar cell

‫ولی در آنصورت، عنصرِ نما دارای ‫سلول خورشیدی می‌شود

and can produce electricity.

و می‌تواند الکتریسیته تولید کند.

Besides looking nice,

‫علاوه بر ظاهر زیبا،

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

‫این سلول‌های خورشیدی جامع، ‫دو مزیت مهم دیگر نیز دارند.

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

‫آن سلول خورشیدیِ چسبیده به سقف را که قبلا نشانتان دادم، بخاطر دارید؟

In this case, we install the roof first,

‫در این حالت، ‫اول سقف را نصب می‌کنیم،

‫سپس سلول خورشیدی را در لایه‌ی دوم نصب می‌کنیم.

and as a second layer, the solar cell.

This is adding on the installation costs.

‫اینکار هزینه‌ی نصب را افزایش می‌دهد.

In the case of integrated solar cells,

‫در صورت نصب سلول‌های مجتمع خورشیدی،

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

‫تنها یک عنصر در ‫محل ساخت‌وساز نصب می‌شود،

being at the same time the envelope of the building

‫که همزمان هم پوشش ساختمان است،

and the solar cell.

‫و هم سلول خورشیدی.

Besides saving on the installation costs,

‫علاوه بر صرفه‌جویی در هزینه‌های نصب،

this also saves resources,

‫در مصرف منابع هم صرفه‌جویی می‌شود،

because the two functions are combined into one element.

‫زیرا دو عملکرد توسط یک عنصر ‫صورت می‌گیرد.

Earlier, I've talked about optics.

‫قبلا درباره‌ی زیبایی بصری صحبت کردم.

I really like this solar panel --

‫من خیلی این پنل خورشیدی را دوست دارم.

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

‫شاید سلیقه شما متفاوت باشد یا از طراحیِ دیگری خوشتان بیاید.

No problem.

‫مشکلی نیست.

With the printing process,

‫با فرآینده چاپ،

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

‫می‌توان شکل سلول خورشیدی و طراحی آن را ‫خیلی راحت عوض کرد.

This will give the flexibility to architects,

‫این موضوع دست معمارها،

to planners and building owners,

‫طراح‌ها و مالکان ساختمان را باز می‌گذارد،

to integrate this electricity-producing technology as they wish.

‫تا هرجوری که می‌خواهند این تکنولوژی ‫تولیدکننده‌ی برق را ادغام کنند.

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

‫می‌خواهم تاکید کنم که این‌ها فقط در آزمایشگاه تولید نمی‌شوند.

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

‫چند سالی طول می‌کشد تا به تولید انبوه برسند،

but we are at the edge of commercialization,

‫ولی ما در آستانه تجاری کردن ‫این محصول هستیم،

meaning there are several companies out there with production lines.

‫بدین معنی که چندین شرکت هستند که ‫خطوط تولید این محصول را دارند.

They are scaling up their capacities,

آن‌ها در حال افزایش ظرفیت‌هایشان هستند،

and so are we, with the inks.

‫ما هم درحال انجام این کار ‫با این جوهرها هستیم.

(Shoe drops)

‫(کفش می‌افتد)

This smaller footprint is much more comfortable.

‫این جای‌پای کوچکتر خیلی راحت‌تر است.

(Laughter)

‫(خنده)

It is the right size, the right scale.

‫اندازه‌اش مناسب است، ابعادش خوب است.

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

‫وقتی بحث مصرف انرژی پیش می‌آید، ‫باید برویم سراغ ابعاد صحیح.

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

‫و بنا کردن ساختمان‌های کربن خنثی در ‫اینجا موضوع مهمی است.

In Europe,

در اروپا،

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

‫هدفمان این است که تا سال ۲۰۵۰ ‫ساختمان‌هایمان را کربن‌زدایی کنیم.

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

‫امیدوارم فوتووتائیک‌های آلی بخش بزرگی از این برنامه باشند.

Here are a couple of examples.

‫این هم چند نمونه.

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

‫این اولین نصب تجاریِ سلول‌های خورشیدی آلی کاملا چاپی است.

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

‫منظور از"تجاری" این است که سلول‌های خورشیدی با تجهیزات صنعتی چاپ شده‌اند.

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

این به اصطلاح "درخت‌های خورشیدی،" سال ۲۰۱۵ بخشی از غرفه آلمان

at the World Expo in Milan in 2015.

‫در نمایشگاه جهانی در میلان بوده‌اند.

They provided shading during the day

آنها در طول روز به عنوان سایه‌بان استفاده می‌شدند،

and electricity for the lighting in the evening.

‫و شب‌ها برق لازم برای روشنایی را فراهم می‌کردند.

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

‫شاید با خودتان بگویید چرا این سلول‌های خورشیدی ‫به صورت شش‌ضلعی ساخته شده‌اند.

Easy answer:

‫جوابش خیلی ساده است،

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

‫معمارها می‌خواستند شکل و الگوی خاصی از سایه روی زمین بیفتد،

and asked for it,

‫و این شکلی سفارش دادند،

and then it was printed as requested.

و ‫بعد به همان شکلی که خواسته بودند چاپ شد.

با توجه به فاصله داشتن از یک محصول واقعی،

Being far from a real product,

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

‫این تاسیسات منحنی، ‫نظر معمارها‌ی بازدید کننده را

much more than we expected.

‫فراتر از حد انتظارمان، جذب کرد.

This other application is closer to the projects

این هم یک درخواست دیگر که به پروژه‌ها

and applications we are targeting.

و کاربردهای هدف‌مان نزدیکتر است.

In an office building in São Paulo, Brazil,

‫در یک ساختمان اداری ‫در شهر سائوپائولوی برزیل،

semitransparent OPV panels are integrated into the glass facade,

پنل‌های نیمه شفاف OPV داخل نمای شیشه‌ای ساختمان کار گذاشته شدند،

serving different needs.

تا در خدمت نیازهای متفاوتی باشند.

First, they provided shading for the meeting rooms behind.

‫اول، سایه لازم برای جلسات ‫اتاق‌های پشتی را فراهم می‌کنند،

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

‫دوم، لوگوی شرکت را به شکل ‫خلاقانه‌ای نشان می‌دهند.

And of course, electricity is produced,

‫و البته برق تولید می‌شود،

reducing the energy footprint of the building.

و جای پای انرژی ساختمان را کاهش می‌دهد.

This is pointing towards a future

‫و این آینده‌ای را نشان می‌دهد

where buildings are no longer energy consumers,

‫که ساختمان‌ها دیگر ‫مصرف‌کننده‌ی انرژی نیستند،

but energy providers.

‫بلکه تولیدکننده‌ی انرژی هستند.

I want to see solar cells seamlessly integrated

‫می‌خواهم سلول‌های خورشیدی‌ای ببینم ‫که کاملاً یکپارچه

into our building shells

‫روی سطح ساختمان‌هایمان نصب شوند،

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

‫که هم تولیدکننده باشند ‫و هم آدم از دیدنشان لذت ببرد.

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

‫سلول‌های خورشیدی سیلیکونی ‫برای سقف‌ها کارآمد می‌مانند.

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

‫ولی برای استفاده از قابلیت ‫همه نماها و دیگر مناطق،

such as semitransparent areas,

‫مثل مناطق نیمه‌شفاف،

curved surfaces and shadings,

‫سطوح منحنی و سایه‌بان‌ها،

I believe organic photovoltaics can offer a significant contribution,

‫به نظر من فوتوولتائیک‌های آلی ‫می‌توانند نقش بسزایی ایفا کنند،

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

‫و می‌شود آن‌ها را به هر شکلی که معمارها و طراح‌ها بخواهند، تولید کرد.

Thank you.

‫متشکرم.

(Applause)

‫(تشویق)