Herhangi Bir Yüzeyi Bir Güç Kaynağına Dönüştürebilen Kağıt İnceliğinde Güneş Pili

Fotoğraf : MIT araştırmacıları, herhangi bir yüzeye yapıştırılabilen ultra ince, hafif güneş pilleri üretmek için ölçeklenebilir bir üretim tekniği geliştirdi. (Fotoğraf Kaynak: Melanie Gonick, MIT)

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) mühendisleri, herhangi bir yüzeyi çabucak ve kolayca enerji kaynağına dönüştüren ultra hafif kumaş güneş pilleri geliştirdiler.

İnsan saçından çok daha ince olan bu dayanıklı, esnek güneş pilleri, güçlü  ve hafif bir kumaşa yapıştırılarak sabit bir yüzeye kolayca monte edilebilmektedir. Giyilebilir bir enerji yapısı olarak hareket halindeyken enerji sağlayabilirler veya acil durumlarda yardım için uzak yerlere taşınabilir ve hızla devreye alınabilirler. Geleneksel güneş panellerinin yüzde biri ağırlığındadırlar ve kilogram başına 18 kat daha fazla güç üretirler.

Çok ince ve hafif oldukları için bu güneş pilleri birçok farklı yüzeye lamine edilebilir. Örneğin, denizdeyken güç sağlamak için bir teknenin yelkenlerine entegre edilebilirler ya da afet kurtarma operasyonlarında kullanılan çadırlara ve tentelere ya da uçuş menzillerini genişletmek için dronların kanatlarına yerleştirilebilirler. Bu hafif güneş enerjisi teknolojisi, minimum kurulum gereksinimleriyle inşa edilmiş ortamlara kolayca entegre edilebilir.

“Yeni bir güneş pili teknolojisini değerlendirmek için kullanılan ölçütler, tipik olarak güç dönüştürme verimliliği ve watt başına dolar cinsinden maliyetleriyle sınırlıdır. Entegrasyon yani yeni teknolojinin uyarlanma kolaylığı da bir o kadar önemlidir. Hafif güneş enerjisi kumaşları, mevcut çalışma için ivme kazandırarak entegre edilebilirliği olanaklı kılmaktadır. Yeni karbonsuz enerji kaynaklarının devreye alınmasına yönelik mevcut acil ihtiyaç göz önüne alındığında, güneş enerjisinin benimsenmesini hızlandırmak için çalışıyoruz,” demiştir MIT.nano’nun müdürü ve çalışmayı anlatan yeni bir makalenin kıdemli yazarı Vladimir Bulović.

Bulović’in yanısıra MIT’de Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri yüksek lisans öğrencisi olan eş baş yazarlar Mayuran Saravanapavanantham ve MIT Elektronik Araştırma Laboratuvarı’nda araştırma bilimcisi olan Jeremiah Mwaura’nın da yer aldığı araştırma, bugün Small Methods’ta yayınlanmıştır.

Zayıflamış Güneş

Geleneksel silikon güneş pilleri, kırılgandır. Bu nedenle camla kaplanmalı ve nerede ve nasıl konuşlandırılabileceklerini sınırlayan ağır, kalın alüminyum çerçeveyle paketlenmelidir.

Altı yıl önce, ONE Lab ekibi, bir sabun köpüğünün üzerinde durabilecek kadar hafif olan, gelişmekte olan bir ince film malzemeleri sınıfı kullanarak güneş pilleri üretmiştir. Ancak bu ultra ince güneş pilleri, ölçeklendirilmesi pahalı ve zor olabilen karmaşık, vakum tabanlı işlemler kullanılarak üretilmiştir.

Bu çalışmada, mürekkep bazlı malzemeler ve ölçeklenebilir üretim teknikleri kullanarak tamamen basılabilir olan ince film güneş pilleri geliştirmek için işe koyulmuşlardır.

Güneş pillerini üretmek için yazdırılabilir elektronik mürekkepler biçiminde olan nanomateryaller kullanıyorlar. MIT.nano temiz odasında çalışarak, güneş pili yapısını, elektronik malzemelerin katmanlarını yalnızca 3 mikron kalınlığında hazırlanmış, serbest bırakılabilir bir alt tabaka üzerine bırakan bir slot-kalıp kaplayıcı kullanarak kaplamaktadırlar. Serigrafi baskı kullanılarak, güneş modülünü tamamlamak için yapının üzerine bir elektrot yerleştirilir.

Araştırmacılar daha sonra, yaklaşık 15 mikron kalınlığındaki basılı modülü plastik alt tabakadan soyarak ultra hafif bir güneş enerjisi cihazı oluşturabilirler.

Ancak bu tür ince, bağımsız güneş enerjisi modüllerinin kullanımı zordur ve kolayca yırtılabilir, bu da bunların yerleştirilmesini zorlaştırır. Bu zorluğun üstesinden gelmek için MIT ekibi, güneş pillerini yapıştırabilecekleri hafif, esnek ve yüksek mukavemetli bir alt tabaka aramıştır. Çok az ilave ağırlıkla mekanik dayanıklılık ve esneklik sağladıkları için kumaşları en uygun çözüm olarak belirlemişlerdir.

Ticari olarak Dyneema olarak bilinen, metrekaresi yalnızca 13 gram olan kompozit bir kumaş olan ideal bir malzeme bulmuşlardır. Bu kumaş o kadar güçlü liflerden yapılmıştır ki, batık yolcu gemisi Costa Concordia’yı Akdeniz’in dibinden çıkarmak için halat olarak kullanılmıştır. Sadece birkaç mikron kalınlığında UV ile kürlenebilen bir yapıştırıcı tabakası ekleyerek güneş modüllerini bu kumaşın tabakalarına yapıştırıyorlar. Bu, ultra hafif ve mekanik olarak sağlam bir güneş enerjisi yapısı oluşturmaktadır.

Geleneksel Güneş Pillerini Gölgede Bırakıyor

Cihazı test ettiklerinde MIT araştırmacıları, bağımsız durumdayken kilogram başına 730 watt ve yüksek mukavemetli Dyneema kumaşı üzerine yerleştirildiğinde kilogram başına yaklaşık 370 watt üretebildiğini keşfettiler ki bu da kilogram başına geleneksel güneş pillerinden yaklaşık 18 kat daha fazla güç anlamına gelmektedir.

“Massachusetts’teki tipik bir çatı güneş enerjisi kurulumu yaklaşık 8.000 watt’tır. Aynı miktarda gücü üretmek için, kumaş fotovoltaiklerimiz bir evin çatısına yalnızca yaklaşık 20 kilogram (44 pound) ağırlık yapar,” demiştir.

Ayrıca cihazlarının dayanıklılığını da test etmişler ve bir kumaş güneş panelini 500 defadan fazla yuvarlayarak katlayıp açtıktan sonra bile hücrelerin ilk güç üretim kapasitelerinin yüzde 90’ından fazlasını koruduğunu görmüşlerdir.

Güneş pilleri, geleneksel hücrelerden çok daha hafif ve çok daha esnek olsa da, onları çevreden korumak için başka bir malzemeyle kaplanmaları gerekecektir. Hücreleri yapmak için kullanılan karbon bazlı organik malzeme, havadaki nem ve oksijenle etkileşime girerek performanslarını bozabilecek şekilde değiştirilebilir.

“Geleneksel silikon güneş pillerinde standart olduğu gibi bu güneş pillerini ağır camla kaplamak, mevcut ilerlemenin değerini en aza indirecektir, bu nedenle ekip şu anda mevcut ultra hafif cihazların ağırlığını yalnızca küçük bir oranda arttıracak ultra ince paketleme çözümleri geliştiriyor, ” demiştir Mwaura.

Kaynak: techxplore.com