Güneş Enerjisinin Depolanabilmesi için Güneş Pillerinden Yararlanan Çevre Dostu Elektrokimyasal Katalizörler Geliştirildi
Fotoğraf: Önerilen cihazın yapısı, oluşturan deliklerin (h+) tiyol oksidasyonunu kolaylaştırmak için nasıl kullanıldığını gösteriyor. Işığa maruz bırakıldığında ve hafif bir potansiyel uygulandığında ölçülen akım çarpıcı bir şekilde artar. (Kaynak: Chemical Communications)
Tokyo Teknoloji Enstitüsü ve Kanazawa Üniversitesi’nin oluşturduğu bir araştırma ekibi yüksek verime sahip bir elektrokimyasal reaksiyonu katalizlemek amacıyla güneş enerjisini kullanan çevre dostu bir cihaz geliştirdi.
Yeşil enerji kaynakları günümüzdeki mevcut çevresel kriz ve yenilemeyen enerjiye karşı oluşu sebebiyle küresel açıdan sıcak bir araştırma alanı oluşturmaktadır. Araştırmacılar yıllardır güneş enerjisinin kullanımının ve harmanlanmasının yollarını arıyor ve bu nedenle de ışığı elektriğe dönüştüren fotovoltaik cihazlar çok talep görüyor.
Bu cihazların incelenmesi konusunda petrol fiyatlarının 1970’lerde sebep olduğu ekonomik şoklardan bu yana önemli bir ilerleme kaydedildi. Silisyum bazlı güneş pilleri için birçok çalışma yapılmış olsa da, bilim insanları organik fotovoltaik cihazlardan da kabul edilebilir bir performans elde edilebileceğini göstermiştir. Organik maddelerin kullanılması oldukça avantajlıdır çünkü silikon bazlı işlemlerin aksine bu maddeler çevre dostudur, yazdırılabilir ve boyanabilirler. Organik maddeler çeşitlilik açısından oldukça geniş bir yelpazeye sahiptir ve bu nedenle de her bir özel uygulama için uyarlanabilirler.
Organik fotovoltaik güneş pilleri şeffaf bir ön ve bir arka olmak üzere iki farklı elektrot arasına yerleştirilmiş “aktif” tabakadan oluşur. Aktif katman sihir diyebileceğimiz olayın başladığı yerdir. Gelen ışığın fotonlarından elde edilen enerji malzemenin elektronlarına aktarılarak uyarılır ve “delikler” olarak adlandırılan pozitif yükler geride bırakılarak elektronlar harekete geçirilir. Bunlar şu anda teknik olarak mümkün değildir fakat malzemenin elektriksel açıdan performansının yaklaşık olarak açıklanabilmesi için kullanılabilir. Her bir elektrot başka türden (bir delikli ve diğer elektronlar) diğer yüklü parçacıkları toplamak zorundadır çünkü aktif katman içinde elektrotların yeniden birleşmemeleri gerekir, bu çalışma da bu nedenle oldukça önemlidir. Elektronlar her iki elektrotla da bağlı olan harici bir devreden geçerek ışıktan enerji üretebiliyor.
Fotoğraf: Geleneksel organik bir fotovoltaik hücre arka elektrottan çıkarılır ve çok sayıda elektron ve delik toplayan fotoelektrokimyasal cihazın içerisinde işlenir. (Kaynak: Kanazawa Üniversitesi)
Bununla birlikte, çok sayıda elektronu ve deliği elektrotlarda toplamak ve yüksek verimlilikte elektriğe dönüştürmek oldukça zordur. Araştırmacılardan bazıları üretilen elektronların ve deliklerin aktif katmanın yakınındaki kimyasal reaksiyonlarda doğrudan kullanılması önerisinde bulundu. Bunun üzerine Dr. Keiji Nagai’nin de başında olduğu bu iki üniversitenin oluşturduğu araştırma ekibi kimyasal yükseltgenme tepkimesini gerçekleştirebilmek amacıyla güneş enerjisinden yararlanan organik bir fotoelektrokimyasal cihaz için basit bir üretim prosedürü sundu.
Onların bu yaklaşımı kolayca imal edilebilen, karakteristik özellikleri iyi bilinen ve deliklerin toplandığı arka elektrodun mekanik olarak sökülebildiği organik bir fotovoltaik cihazla başlar. Aktif katmanın açıkta kalan kısmı ZnPc ile kaplanır ve tiyol içine daldırılır. Gelen ışık tarafından oluşturulan delikler, ZnPc ile kaplanmış katman tarafından katalizlenerek tiyol oksidasyonu için doğrudan kullanılır. Uyarılmış elektronlar diğer elektrottan geçirilir ve elektrik akımı oluşturulur.
Fabrikasyon yaklaşımının basitliği, avantajları ve ışık enerjisi toplanırken elde edilen verim oldukça umut vericidir. Nagai “Arka elektrodun çıkarılması iyi şekilde karakterize edilmiş bir fotoelektrokimyasal hücrenin oluşturulması konusunda oldukça umut verici ve tekrarlanabilir bir tekniktir” diye açıklıyor. Araştırmacılar katalitik aktivitesinin temellerini aydınlatmak için ZnPc ile kaplanmış aktif tabakanın topografik ve elektrokimyasal özelliklerini de inceledi. Kanazawa Üniversitesi’nden Takahashi, “ZnPc ile kaplama tekniğinin etkileri yaptığımız analizlerde açıkça gözlemlendi ve fotojenize edilmiş deliklerin etkili bir şekilde birikiminden oluşuyor” diyor. Önerilen bu cihaz gibi çevre dostu cihazlar güneşten enerji elde edilmesinin birçok yolunun olduğunu ve daha yeşil bir geleceğe daha yakın olduğumuzu gösteriyor.
Kaynak: phys.org
