Güneş Enerjisi Verimliliğinde Sandviç Modeli
Fotoğraf 1: Yeni nesil güneş pili prototip örneği
İçinde bulunan önemli bir bileşenin yapısının daha iyi anlaşılması sayesinde, yeni nesil güneş panellerinin tasarımının geliştirileceği görülmüştür.
Daha ucuz ve daha verimli bir yenilenebilir enerjiye ihtiyacın bu denli arttığı bir zamanda Avustralyalı araştırmacılar bunu başarabilmek çözüm yolu sundular.
ARC Centre of Excellence in Exciton Science tarafından yürütülen bir çalışmada bazı perovskit güneş pillerinde kullanılan iki boyutlu (2D) ince filmlerin bir sandviçe olan olan benzerliği gösterilmiştir. Perovskit, güneş enerjisi araştırma ve tasarımında kullanılan heyecan verici bir malzemedir.
Daha önceleri bilim insanları, bu 2D perovskit filmlerin, belirli bileşenlerin malzemenin derinliklerinde ve diğer unsurların ise yüzeye daha yakın noktalarda bulunduğu “gradyan” bir yapıya sahip olduğunu düşünüyorlardı.
Bununla birlikte, Melbourne Üniversitesi merkezli Exciton Science üyeleri ve Avustralya’nın ulusal bilim ajansı CSIRO ve Shandong Üniversitesi’nden meslektaşları, yaptıkları çalışmalar sonucunda bu sandviç yapısıyla ilgili kanıtlar elde ettiler. Bu kanıtlara göre, 2D perovskit filmlerin aynı tipteki katmanları bir sandviçin ekmeği ve zıt bir katmanı ise sandviçin içindeki malzemeleri temsil etmektedir.
Fotoğraf 2: Önerilen 2D perovskit ‘sandviç’ yapısının gösterimi
Bu düzeni sayesinde eksitonlar (güneş ışığını elektriğe dönüştürmede önem teşkil eden quasipartiküller), merkezi katmandan filmin her iki yüzeyine hareket ederken serbest taşıyıcılar ise elektrotlar tarafından toplanmak üzere yük taşımaktadırlar. Bu vesileyle serbest taşıyıcılar, cihazlara dahil edildiğinde daha verimli güneş enerjisi elde etmede yardımcı olmaktadır.
Profesör Ken Ghiggino 2D perovskit pilleriyle ilgili olarak, “Bu 2D perovskit güneş pillerinin yapısının gerçekte ne olduğunu anlamak, gerçek bir sorundu.” dedi. “Bu konuyla ilgili literatürde oldukça fazla tartışma var. Çalışmalarımız sonucunda bu filmlerin gerçek yapısının ne olduğu ve bir güneş pilinde nasıl çalıştıkları konusunda ilerlemeler kaydettik.”
2D perovskit cihazlar, ‘3D’ perovskit pillere göre üstün kararlılıkları ve dayanıklılıkları nedeniyle özellikle ilgi çekicidir. CSIRO’da araştırmacılar tarafından geliştirilen 2D cihazların prototipleri, %13 verimlilik gösterdi.
Yapılarının daha iyi anlaşılmasıyla, araştırmacılar artık perovskit ‘sandviç’ içindeki katmanların kalınlığını değiştirerek cihaz verimliliğini artırmaya yönelik çalışacaklar.
Güneş pillerine ek olarak, geliştirilmiş 2D perovskit filmler, ışık yayan diyotlarda (LED’ler) ve video görüntüleme, optik iletişim, biyomedikal görüntüleme, güvenlik, gece görüşü, gaz algılama ve hareket algılama gibi fotodedektörlerde önemli uygulamalara sahiptir.
Dr. Fei Zheng çalışmayla ilgili şunları söyledi: “Bu, geleneksel gradyan modeline karşı ilk kez bir sandviç yapı önerildi. Bu keşfin, 2D hücrelerin ve LED’lerin daha yüksek performans eldesi için tasarım ve cihaz optimizasyonuna yardımcı olacağını düşünüyoruz.”
Kaynak: scitechdaily.com
