Güneş Pilleri: Kayıp Enerjinin Gizemi Çözüldü

Fotoğraf- 1: Yuttapoom Puttisong ve ekibinin tekli fisyon esnasında meydana gelen enerji kaybı araştırmalarına yardımcı olan manyeto-optik cihazın içinden bir görünüm

Güneş pillerinin verimliliği, tekli fisyon olarak bilinen bir olgudan yararlanılarak artırılabilir. Bununla birlikte, şimdiye kadar büyük bir problem olan, reaksiyon sırasında açıklanamayan enerji kayıpları ile ilgili Linköping Üniversitesi’nden bilim insanları bir araştırma yaptı. Çalışmalar sonucunda araştırma grubu, tekli fisyon olayı esnasında neler olduğunu ve kaybedilen enerjinin nereye gittiğini keşfetti.

Güneş enerjisi, fosilsiz ve çevre dostu olması dolayısıyla en önemli sürdürülebilir elektrik kaynaklarından biridir. Halen kullanımda olan silikon bazlı güneş pilleri, güneş ışığı altında enerjinin en fazla yaklaşık %33’ünü kullanabilmekte ve elektriğe dönüştürebilmektedir. Bu düşük oranın sebebi ise, güneş ışınlarındaki ışık paketlerinin veya fotonların, güneş pili tarafından absorbe edilemeyecek kadar düşük veya çok yüksek bir enerjiye sahip olmasından kaynaklanır. Bu da enerjinin bir kısmının boşa harcanmasına yol açar. %33’lük bu maksimum teorik verimlilik, Shockley-Queisser sınırı olarak bilinir. Pratikte ise modern güneş pillerinin verimi %20-25 oranındadır.

Bununla birlikte, moleküler fotofizikte tekli fisyon adı verilen bir olay, daha yüksek enerjili fotonların ısı kaybı olmadan kullanılmasına ve elektriğe dönüştürülmesine olanak verebilir. Son yıllarda, tekli fisyon ile ilgili olarak bilim insanları sıkça çalışmalar yapmakta ve en uygun materyali geliştirmek için yoğun faaliyetler sürdürmektedirler. Ancak, tekli fisyon olayı sırasında meydana gelen ve açıklanamayan enerji kayıpları, şimdiye kadar güneş pili verimliliğini artırmak için böyle bir materyalin tasarlanmasını zorlaştırdı. Konuyla ilgili yapılan çalışmalarda araştırmacılar, bu enerji kayıplarının kaynağı konusunda anlaşamadılar. Fotoğraf- 2: Bu çalışmada bir polien, difenil heksatrienin (DPH) monoklinik bir kristali kullanılmıştır.

1 Nanosaniyeden Daha Az

Bunun üzerine, Linköping Üniversitesi’nden araştırmacılar, Cambridge, Oxford, Donostia ve Barselona’daki meslektaşları ile birlikte, tekli fisyon olayı ile ilgili yaptıkları çalışmalar sonrasında, tekli fisyon esnasında gerçekleşen enerji kaybının nedenini keşfettiler.

Linköping Üniversitesi öğretim görevlisi Yuttapoom Luttisong, çalışmalarına ilişkin “Tekli fisyon bir nanosaniyeden daha kısa sürede gerçekleşir ve bu da ölçmeyi son derece zorlaştırır. Keşfimiz, kara kutuyu açmamıza ve reaksiyon sırasında enerjinin nereye gittiğini görmemize olanak sağlar. Nihayet, güneş pillerinin verimliliğini artırmak için malzemeyi optimize edebileceğiz.” dedi.

Verimli bir tekli fisyon elde etmek için enerjinin bir kısmının bir ara parlak durum biçiminde kaybolması, önüne geçilmesi gereken bir sorundur. Bu sorunun çözülmesi güneş pili verimliliğini önemli ölçüde artırma yolunda önemli bir adımdır. Yapılan keşfin, güneş pilinin veriminin mevcut %33 oranından %40’ın üzerine çıkaracağı belirtilmiştir. 

Materyali Optimize Etmek

Araştırmacılar, enerji kaybının yerini belirlemek için rafine bir manyeto-optik geçici yöntem kullandılar. Bu yöntem, tekli fisyon reaksiyonunun ‘parmak izini’ nanosaniye ölçeğinde inceleyebilmektedir. Bu çalışmada, bir polien, difenil heksatrienden (DPH) oluşan bir monoklinik kristal kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu yeni teknik, daha geniş bir malzeme kitaplığında tekli fisyonu incelemek için kullanılabilir. Lİnköping Üniversitesi’nde eski bir doktor öğrencisi olan Yuqing Huang çalışmayla ilgili olarak “Gerçek tekli fisyon prosesi kristalin malzemede gerçekleşir. Tekli fisyondan gelen enerjiyi mümkün olduğunca tutmak için bu malzemeyi optimize edebilirsek, pratikte uygulamaya önemli ölçüde daha yakın olacağız. Ek olarak, tekli fisyon malzemesinin çözelti ile işlenebilir olması da üretimini maliyet anlamında ucuz hale getirmekle birlikte, mevcut güneş pili teknolojisi ile entegrasyon için uygun hale de getirmektedir” dedi.

Araştırma esas olarak İsveç Araştırma Konseyi ve Knut ve Alice Wallenberg Vakfı tarafından finanse edildi.

Fotoğraf- 3: Gerçek tekli fisyon işlemi kristalin malzemede gerçekleşir.

Kaynak: liu.se