सालों तक फैब्रिक डिजाइनर मैरिएन फेयरबैंक्स ने सोलर चार्जेड हैंडबैग बनाए। उनकी कंपनी, नून सोलर, उच्च-अंत, शहरी-आधारित फैशन बाजार की ओर अग्रसर थी और अपने चरम पर, संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा में 30 दुकानों में बेच रही थी। जबकि नोन सोलर ने 2010 में अपने दरवाजे बंद कर दिए थे, फेयरबैंक्स, जो 2014 में विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय में मानव पारिस्थितिकी के स्कूल में सहायक प्रोफेसर के रूप में शामिल हुए थे, अभी भी सौर डिजाइन की अवधारणा के साथ साज़िश कर रहे थे।
एक बार जब वह कैंपस में पहुंची, फेयरबैंक्स ने यूनिवर्सिटी ऑफ मैसाचुसेट्स-एमहर्स्ट में अब कार्बनिक रसायन विज्ञान की सहायक प्रोफेसर त्रिशा एंड्रयू की खोज की। एंड्रयू की विशेषता कम लागत, हल्के सौर सेल विकसित करने में है। विशेष रूप से, उसने कागज पर एक कार्बनिक डाई-आधारित सौर सेल बनाया था।
दोनों के बीच सहयोग एक निर्दोष फोन कॉल के साथ शुरू हुआ।
फेयरबैंक्स के अनुसार, "मैंने त्रिश को कहा, " अगर हम उसके विचार को लागू कर सकते हैं कि वह एक कपड़ा पर कागज पर इस्तेमाल करेगी। और इसी तरह हमारा प्रोजेक्ट शुरू हुआ। ”
"जिस तरह से आज पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स बनाए जाते हैं, वह पैकेजिंग की एक सरल प्रक्रिया है, " एंड्रयू कहते हैं। "फिटबिट या एप्पल वॉच- इन सभी में एक पीसीबी [प्रिंटेड सर्किट बोर्ड] है, जो थोड़ा इलेक्ट्रॉनिक सर्किट रखता है। यह आपको उस उपकरण को 'पहनने' की अनुमति देता है, लेकिन मेरे लिए वह वास्तविक पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स नहीं है। यह केवल एक चीज है जिसे किसी अन्य सामग्री पर पैच किया गया है। ”
सौर नवाचार के लिए उनके साझा जुनून ने अब उन्हें सौर कपड़ा के डिजाइन को अंतिम रूप देने की दिशा में काम किया है। जबकि फेयरबैंक्स की योजना अंततः एक तैयार कपड़े की खेती करना है, एंड्रयू उस कपड़े को लेने की उम्मीद करता है और वास्तव में विपणन उत्पादों का निर्माण करता है। एंड्रयू ने गर्म कार की सीटों या छोटे सौर पैनलों के लिए कपड़े के पैनलों को बड़े परिधान में सिल दिया।
तृषा एंड्रयू, बाएं, और मैरिएन फेयरबैंक्स, दाएं, ने एक बुना सौर-कपड़ा प्रोटोटाइप विकसित किया है। (फोटो जेफ मिलर / यूडब्ल्यू-मैडिसन द्वारा) ऐतिहासिक रूप से, सौर पैनलों को कांच या प्लास्टिक से बाहर किया गया है - ऐसी सामग्री जो कठिन हैं और काफी आसानी से नष्ट हो सकती हैं। शोधकर्ताओं ने पहली बार 2001 में एक सौर घटक बनाने के प्रयास में वस्त्रों का रुख किया, जो प्रशंसनीय, सांस और लचीला है। तब से, सौर कपड़ों को स्टेडियम कवर, कारपोर्ट और यहां तक कि पहनने योग्य कला में शामिल किया गया है, लेकिन एंड्रयू और फेयरबैंक्स का दावा है कि उनका कपड़ा अन्य समूहों के लिए सांस लेने, शक्ति और घनत्व में बेहतर है। न केवल वे यह पता लगा चुके हैं कि किसी भी प्रकार के कपड़े पर उनकी प्रक्रिया का उपयोग कैसे किया जाए, बल्कि क्योंकि यह वैज्ञानिक और डिजाइनर के बीच एक सहयोग है, वे एक अधिक वाणिज्यिक, उपभोक्ता-अनुकूल बाजार के भीतर सौर वस्त्रों के दायरे को व्यापक बनाने की क्षमता भी रखते हैं।
"सबसे बड़ी समस्या है कि कपड़ा, एक इंजीनियरिंग और रसायन विज्ञान की चिंता से, वे अविश्वसनीय रूप से किसी न किसी तरह हैं, " एंड्रयू कहते हैं। “वे एक तीन आयामी सब्सट्रेट हैं; वे सपाट नहीं हैं। ”
उनके सौर सेल में कपड़े की एक परत होती है जिसमें विभिन्न पॉलिमर के चार कोट होते हैं। पहला कोट पॉली (3, 4-एथिलीनैडाइऑक्सीथोफेन), या "पेड" है, जिसे एंड्रयू और उसके पोस्ट-डॉक रिसर्च सहायक, लुशूई झांग ने कपड़े की चालकता को बढ़ाने के लिए अविश्वसनीय रूप से अच्छी तरह से काम किया। अन्य तीन कोट विभिन्न अर्धचालक रंग हैं, जैसे कि ब्लू डाई कॉपर फाल्टोसायनिन, जो सेल के लिए फोटोएक्टिव परतों या प्रकाश अवशोषक के रूप में कार्य करते हैं। एंड्रयू और फेयरबैंक्स ने पहले दो कोट के साथ बार-बार सफलता हासिल की है, लेकिन अभी भी कोट तीन और चार के लिए बाहर काम कर रहे हैं।
चिकने और चमकदार कांच या प्लास्टिक के विपरीत कपड़े झरझरा होते हैं, जो उन्हें विशिष्ट पॉलिमर के साथ समान रूप से थोड़ा मुश्किल बना देता है। यदि आप मानते हैं कि कपड़े का एक टुकड़ा कैसे बनाया जाता है, तो यह एक साथ मुड़ कई फाइबर से बना होता है। प्रत्येक फाइबर में खुरदरापन का एक अलग स्तर होगा, जो कि एक रसायन विज्ञान के दृष्टिकोण से, कई प्रकाश तराजू (नैनोमीटर, माइक्रोमीटर, आदि) शामिल हैं।
"वास्तव में उस सतह पर इलेक्ट्रॉनिक रूप से प्रवाहकीय बहुलक लगाने के लिए, आपको इन सभी अलग-अलग प्रकाश तराजू को पार करना होगा, " एंड्रयू कहते हैं। "और यह कठिन है।"
इस मुद्दे के आसपास पाने के लिए, एंड्रयू ने रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) की कोशिश करने का फैसला किया, एक तकनीक जो आमतौर पर अकार्बनिक प्रयोगों के लिए आरक्षित होती है जो धातु या प्लास्टिक जैसे कठोर सब्सट्रेट का उपयोग करते हैं। बड़े पैमाने पर परिवहन गुणों का लाभ उठाकर, या एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर द्रव्यमान की गति को नियंत्रित करने वाले सामान्य भौतिक कानून, एंड्रयू कपड़े सहित किसी भी मनमाने पदार्थ को समान रूप से कोट कर सकते हैं, क्योंकि इस्तेमाल किए गए नैनोमैटेरियल्स सब्सट्रेट की सतह की परवाह नहीं करते हैं । इससे भी बेहतर, वह एक वैक्यूम के भीतर पेडॉट लागू करता है।
अगला कदम यह निर्धारित करना था कि कौन से कपड़े सबसे अच्छा काम करेंगे।
फेयरबैंक्स का कहना है, "मैंने रेशम, ऊन, नायलॉन- इन सभी अलग-अलग सबस्ट्रेट्स पर काम किया है। यह देखते हुए कि सामग्री जो-एन फैब्रिक्स से मानक नमूने थे। कपड़ों का परीक्षण करने के लिए, उन्होंने प्रत्येक को PEDOT और अन्य अर्धचालक सामग्रियों के साथ लेपित किया, फिर उन्हें इलेक्ट्रोड क्लिप और तारों तक झुका दिया। उन्होंने वोल्टेज लगाया और प्रत्येक स्वैच के लिए आउटपुट करंट को मापा।
“उनमें से कुछ गर्म हो जाएंगे और ऊर्जा लेंगे और इसे गर्मी में अनुवाद करेंगे; फेयरबैंक्स कहते हैं, उनमें से कुछ ने गर्मी को दूर कर दिया, फिर भी बहुत आसानी से आयोजित किया।
"PEDOT की चालकता पूरी तरह से अंतर्निहित वस्त्रों द्वारा निर्धारित की गई थी, " एंड्रयू कहते हैं। “अगर हमारे पास एक झरझरा कपड़ा था, तो हमें तांबे से अधिक चालकता मिली। अगर हमारे पास बहुत फजी कपड़ा था, जैसे कि फजी कॉटन की जर्सी या ऊन, या बहुत कसकर बुना हुआ कपड़ा, तो PEDOT की चालकता वास्तव में खराब थी। "
अपने प्रारंभिक प्रयोगों के आधार पर, एंड्रयू ने प्रत्येक कपड़े के विभिन्न गुणों का लाभ उठाने के लिए एक दस्ताने प्रोटोटाइप का प्रस्ताव रखा। अनिवार्य रूप से, उनके डिजाइन ने दस्ताने के विभिन्न हिस्सों को गर्म करने के लिए बिजली का संचालन करने के लिए विशिष्ट वस्त्रों का उपयोग किया। प्रोटोटाइप अनानास फाइबर से बना है, जो बहुत प्रवाहकीय है और गर्मी, और कपास को अवशोषित करता है, जो परतों के बीच निहित गर्मी को बनाए रखने के लिए एक ब्रेक के रूप में कार्य करता है। यह पहला आइटम है जिसे युगल ने बनाया है कि वे वास्तव में बाजार की उम्मीद करते हैं।
"इस सहयोग के बारे में वास्तव में आकर्षक क्या है, " फेयरबैंक्स का कहना है, "यह है कि हम इस दस्ताने, विशेष रूप से बनाने के लिए एक साथ नहीं आए। यह मूल शोध के इन अन्य पक्ष आउटपुटों में से एक था। ”
अनुसंधान और विकास की प्रक्रिया के माध्यम से, एंड्रयू और फेयरबैंक्स ने अपने प्रारंभिक सौर कपड़ा विचार से परे प्रयोग किया है, जो अभी भी प्रगति पर एक और सौर नवाचार के लिए एक काम है जिसमें PEDOT के साथ प्रत्येक व्यक्ति फाइबर को कोटिंग करना और टुकड़ों को एक साथ बुनना कार्य सर्किट बनाना है । यह पूरी तरह से मूल कपड़े त्रिकोणीय उपकरण की तरह काम करता है, जो यांत्रिक गति को शक्ति में अनुवाद करता है। इस जोड़ी ने विभिन्न बुनाई पैटर्न के 10-बाई-10-इंच स्वैच का निर्माण किया है, जिसमें सबसे कुशल लगभग 400 मिलिवाट बिजली पैदा होती है, बस इसे थोड़ा ध्वज की तरह चारों ओर लहराते हुए।
एंड्रयू ने कहा, "अगर आपने वास्तव में एक घर के लिए एक मानक पर्दा बनाया है, तो 4-बाई-4-फीट, तो वह आपके स्मार्टफोन को चार्ज करने के लिए पर्याप्त शक्ति से अधिक है।" शक्ति के उस स्तर को उत्पन्न करने के लिए।
एंड्रयू और फेयरबैंक्स कई कंपनियों के साथ विभिन्न उद्योगों में काम कर रहे हैं जो इन विचारों को भविष्य के उत्पादों में शामिल करने में रुचि रखते हैं। उदाहरण के लिए, एंड्रयू के पास वायु सेना का अनुदान है, जिसका उद्देश्य सैनिक उपयोग के लिए सौर टेंट का उत्पादन करना है और पेटागोनिया के साथ विकास में आउटडोर गियर है।
"मैं वास्तव में उत्साहित हूं, क्योंकि वस्त्र पोर्टेबल और हल्के होते हैं, " फेयरबैंक्स कहते हैं। "वे जंगल में एक शिकारी या चिकित्सा या सैन्य अनुप्रयोगों के लिए एक तरह से जंगल में तैनात किए जा सकते थे, जो कि बड़े क्लूनी सौर पैनल कभी नहीं हो सकते थे।"
फेयरबैंक्स असीम संभावनाएं देखता है। सौर कपड़ा, वह कहती है, भविष्य के सैकड़ों अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जिसमें छतरियां, awnings और शरणार्थी आश्रय शामिल हैं, जबकि ट्राइबोइलेक्ट्रिक कपड़े का उपयोग गृहिणियों या एथलेटिक गियर में किया जा सकता है, जैसे कि शर्ट और टेनिस जूते चलाने के लिए - कुछ भी जो गति की आवश्यकता होती है। इस प्रकार यह शक्ति उत्पन्न करता है।
फेयरबैंक्स का कहना है, "मैं इसे 100 प्रतिशत काम करने और दुनिया में लाने के लिए उत्साहित हूं।"
