Daha Ucuz Esnek Güneş Pillerine Giden Yol
Fotoğraf : Georgia Tech’in bir araştırmacısı, silikon bazlı versiyonlarından daha esnek ve daha hafif olan perovskite bazlı güneş pilini tutuyor.
Perovskite bazlı güneş pilleri hakkında sevilecek çok şey var. Üretilmesi basit ve ucuz, çok çeşitli kurulum yöntem ve yerlerinin kilidini açabilecek esneklik sunar ve son yıllarda geleneksel silikon bazlı hücrelerinkilere yaklaşan enerji verimliliklerine ulaşmıştır.
Ancak birkaç aydan daha uzun süren,perovskite bazlı enerji cihazlarının nasıl üretileceğinin anlaşılması çok zorlayıcı oldu.
Şimdi Georgia Teknoloji Enstitüsü, Kaliforniya San Diego Üniversitesi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacılar, perovskite güneş pilleri hakkında daha iyi performans gösteren cihazlara yol açabilecek yeni bulgular yayınladılar.
ABD Georgia Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu yardımcı doçenti Juan-Pablo Correa-Baena, “Perovskite güneş pilleri, çok hafif olmaları ve esnek plastik yüzeylerle üretilebildikleri için birçok potansiyel avantaj sunuyor.” dedi. “Piyasada silikon bazlı güneş pilleriyle rekabet edebilmek için ancak daha verimli olmaları gerekiyor.”
Science dergisinde 8 Şubat’ta yayınlanan ve ABD Enerji Departmanı ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen bir araştırmada, araştırmacılar, geleneksel perovsitlere alkali metal eklemenin nasıl daha iyi performansa yol açtığının mekanizmalarını daha ayrıntılı şekilde açıkladı.
Kaliforniya San Diego Üniversitesi’nde nanomühendisliği profesörü David Fenning, “Perovskites güneş enerjisinde oyunu gerçekten değiştirebilir.” dedi. “Performanstan vazgeçmeden maliyetleri düşürme potansiyeline sahipler. Ancak bu malzemeler hakkında temel olarak öğrenecek çok şey var.”
Perovskite kristallerini anlamak için, kristal yapısını bir üçlü olarak düşünmek faydalı olacaktır. Triadın bir parçası tipik olarak kurşun elementinden oluşturulur. İkincisi tipik olarak, metilamonyum gibi bir organik bileşenden yapılır ve üçüncüsü genellikle brom ve iyot gibi başka halojenürlerden oluşur.
Son yıllarda, araştırmacılar yapının ana bileşenine iyot ve brom eklemek gibi daha iyi verimler elde etmek için farklı tarifler test etmeye odaklanmışlardır. Daha sonra, tipik olarak organik moleküller tarafından işgal edilen perovskite kısmına sezyum ve rubidyumun ikame edilmesini denediler.
Correa-Baena, “Daha önceki çalışmalardan, karışık bir brom ve iyot kurşun perovskite sezyum ve rubidyum eklenmesinin daha iyi stabilite ve daha yüksek performansa yol açtığını biliyorduk” dedi.
Ancak bu alkali metallerin ilave edilmesinin neden perovskitlerin performansını arttırdığı hakkında çok az şey biliniyordu.
Bunun neden işe yaradığını tam olarak anlamak için araştırmacılar, nano ölçekte perovskitleri incelemek için yüksek yoğunluklu X-ışını haritalamasını kullandılar.
UC San Diego’da nanomühendisliği doktora öğrencisi Yanqi (Grace) Luo, “Perovskite materyali içindeki kompozisyona bakarak, her bir elemanın cihazın performansını arttırmada nasıl bir rol oynadığını görebiliriz.” dedi.
Sezyum ve rubidyumun karışık brom ve iyot kurşun perovskite eklendiğinde bromin ve iyodinin birlikte homojen bir şekilde karışmasına neden olduğunu ve bu katkıların olmadığı maddelere göre yüzde 2’ye kadar daha yüksek dönüşüm verimliliği sağladığını keşfettiler.
Fenning, “Kimyadaki ve yapıdaki tek biçimliliğin, bir perovskite güneş hücresinin en yüksek potansiyele sahip olmasına yardım eden şey olduğunu gördük” dedi. “Omurgada herhangi bir heterojenlik, zincirdeki zayıf bir bağ gibi.”
Yine de, araştırmacılar ayrıca rubidyum veya sezyum eklerken, bromin ve iyodinin homojen hale gelmesine neden olurken, kendi katyonları içindeki halojenür metallerin kendilerini, hiç akıntı üretmeyen güneş hücresinde inaktif “ölü bölgeler” yaratarak, oldukça kümelenmiş halde kaldıklarını gözlemlediler.
Fenning, “Bu şaşırtıcıydı.” Dedi. “Bu ölü bölgelere sahip olmak, genellikle bir güneş hücresini öldürür. Diğer malzemelerde, elektronları diğer bölgelerden emen kara delikler gibi hareket ederler ve asla gitmelerine izin vermezler, böylece akım ve gerilimi kaybedersiniz.
Fenning, “Ancak bu perovskitlerde, rubidyum ve sezyum etrafındaki ölü bölgelerin güneş hücresi performansına çok da zarar vermediğini gördük,” dedi. “Bu durum, bu malzemelerin ne kadar sağlam olduğunu ve aynı zamanda iyileştirme için daha da fırsat olduğunu gösteriyor.”
Bulgular, perovskite tabanlı cihazların nano ölçekte nasıl çalıştığını ve gelecekteki gelişmelere zemin hazırlayabildiğini anlamayı sağlamaktadır.
Correa-Baena, “Bu malzemeler, oldukça uygun maliyetli ve yüksek performanslı olacağına söz veriyor, bu da fotovoltaik panellerin geniş bir şekilde konuşlandırıldığından emin olmak için ihtiyacımız olan şey.” dedi. “İklim değişikliği sorunlarını dengelemeye çalışmak istiyoruz, bu nedenle fikir fotovoltaik hücrelerin mümkün olduğunca ucuz olması.”
Kaynak : sciencedaily.com
