Silikonun Perovskitle Birleştirildiği Güneş Hücrelerinde Rekor Verimlilik Elde Edildi
Fotoğraf : Bu taramalı elektron mikroskobu görüntüsü, perovskitle kaplanmış silikon piramitlerini göstermektedir.
Fotovoltaik teknolojiler alanında, silikon bazlı güneş pilleri pazarın% 90’ını oluşturmaktadır. Maliyet, kararlık ve verimlilik açısından (piyasadaki tipik bir güneş pili için% 20-22) rekabetin önündedirler.
Ancak, onlarca yıllık araştırma ve yatırımdan sonra, silikon bazlı güneş pilleri artık maksimum teorik verime yakındır. Sonuç olarak, güneş enerjisi fiyatlarında uzun vadeli bir düşüş sağlamak ve fotovoltaik teknolojinin daha yaygın olarak benimsenen bir güç oluşturma yöntemi haline gelmesi için yeni fikirler gerekmektedir.
Bir çözüm, ışık ışınlarının elektrik enerjisine dönüştürülmesini en üst düzeye çıkarmak için birbiri üzerine iki farklı tipte güneş pili yerleştirmektir. Bu “çift bağlantı” hücreleri, bilimsel toplulukta geniş çapta araştırılmaktadır, ancak yapımı pahalıdır. Şimdi Neuchâtel’deki araştırma ekipleri – EPFL’nin Fotovoltaik Laboratuvarı ve CSEM PV merkezinden – ekonomik olarak rekabetçi bir çözüm geliştirdiler. Standart silikon bazlı bir hücrenin üzerine doğrudan bir perovskit hücresini entegre ettiler ve% 25,2’lik rekor bir verimlilik elde edildi. Üretim metotları ümit verici, çünkü mevcut silikon hücre üretim sürecine sadece birkaç ekstra adım ekleyecektir ve maliyet makul olacaktır. Araştırmaları Nature Materials’de yayınlanmıştır.
Silikon-Üstü-Perovskit: Nanometrik Bir Sandviç
Perovskitin benzersiz özellikleri, son birkaç yıldır güneş pilleri üzerinde kullanımı konusunda çok sayıda araştırma başlattı. Dokuz yılda, bu hücrelerin verimliliği altı kat artmıştır. Perovskit, potansiyel olarak sınırlı bir üretim maliyetinde yüksek dönüşüm verimliliğine ulaşılmasını sağlar.
Tandem hücrelerde, perovskite silikonu tamamlar: mavi ve yeşil ışığı daha verimli dönüştürürken, silikon kırmızı ve kızıl ötesi ışığı dönüştürmede daha iyidir. “İki malzemeyi bir araya getirerek, güneş spektrumunun kullanımını en üst düzeye çıkarabilir ve üretilen güç miktarını artırabiliriz. Yaptığımız hesaplamalar ve yapılan çalışmalar,% 30’luk bir verimin yakında mümkün olacağını gösteriyor,” diyor çalışmanın ana yazarları Florent Sahli ve Jérémie Werner.
Bununla birlikte, iki malzemenin üst üste koyulmasıyla etkili bir tandem yapısı oluşturmak kolay bir iş değildir. “Silikonun yüzeyi, ışığı yakalayan ve yansımasını engelleyen 5 mikron civarında bir dizi piramitden oluşuyor. Ancak yüzey dokusu, homojen bir perovskit filmi biriktirmeyi zorlaştırıyor,” diye açıklıyor makalenin yazarlarından Quentin Jeangros.
Perovskit sıvı formda biriktiğinde, genellikle olduğu gibi, kısa devrelere yol açarken, tepeleri kaplamadan piramitler arasındaki vadilerde birikir.
Optimal Bir Mikroyapı Sağlayan Bir Anahtar Tabaka
EPFL ve CSEM’deki bilim adamları, piramitleri tamamen örten inorganik bir taban tabakası oluşturmak için buharlaşma yöntemlerini kullanarak bu problemi çözmüştür. Bu tabaka gözenekli olup, daha sonra spin-kaplama olarak adlandırılan ince film biriktirme tekniği kullanılarak eklenen sıvı organik çözeltiyi muhafaza etmesini sağlar. Araştırmacılar daha sonra substratı 150 ° C nispeten düşük bir sıcaklığa ısıtarak silikon piramitlerin üstünde homojen bir perovskit filmini kristalize ederler.
“Şimdiye kadar, bir perovskite / silikon tandem hücresi yapmak için standart yaklaşım, perovskit hücrenin üst kısmının üzerine yerleştirilmeden önce silikon hücrenin piramitlerini yatay hale getirmekti, bu da optik özelliklerini ve dolayısıyla performansını düşürdü. Aynı zamanda üretim sürecine birkaç basamak daha ekledi.” diyor Florent Sahli.
Mevcut Teknolojilerin Güncellenmesi
Bu yeni tip tandem hücresi, uzun süredir devam eden endüstriyel uzmanlıktan yararlanan ve zaten kârlı bir şekilde üretilmekte olan monokristal silikon bazlı teknolojilerle yüksek oranda etkili ve doğrudan uyumludur. “Şu anda kullanımda olan ekipmanı kullanmayı teklif ediyoruz, sadece birkaç aşama ekliyoruz. Üreticiler yepyeni bir güneş enerjisi teknolojisini kullanmayacaklar, ancak silikon bazlı hücreler için kullandıkları üretim hatlarını güncellemeye devam edecekler” diye açıklıyor EPFL’nin Fotovoltaik Laboratuvarı ve CSEM’in PV-Merkezinin başkanı Christophe Ballif.
Şu anda, verimliliği daha da artırmak ve perovskite filmi daha uzun vadeli istikrar sağlamak için araştırmalar devam etmektedir. Ekip bir atılım yapmış olsa da, teknolojilerinin ticari olarak benimsenmesinden önce hala yapılması gereken işler var.
Kaynak : sciencedaily.com
