Neden Değiştirilmiş Karbon Nanotüpler Yeniden Üretilebilirlik Problemine Yardımcı Olabilir?
Sürdürülebilir enerji üretim teknolojisi arayışımız, araştırmacıları çeşitli cihazlarda çeşitli malzemeleri ve bunların kombinasyonlarını araştırmaya yönlendirmiştir. Böyle sentetik malzemelerden birine “perovskite” adı verilir ki düşük maliyetli ve üretilmesi kolaydır ve güneş pillerinde kullanılabilir. Perovskite güneş pilleri çok dikkat çekti çünkü güç dönüşüm verimliliği (güneş ışığını elektriğe çevirme verimliliği) son yıllarda çarpıcı gelişmeler kaydetti. Ancak, bir avuç mesele yüzünden bunların büyük ölçekli enerji üretimi için uygulanmasının zor olduğu kanıtlanmıştır.
Perovskite güneş pillerinin karşılaştığı bir sorun yeniden üretilebilirliktir. Bu, sürekli olarak hatasız ve deliksiz perovskite kristal katmanları oluşturmanın zor olduğu anlamına gelir; ki bu da, tasarım değerlerinden sapmaların her zaman ortaya çıkma ihtimalinin yüksek olduğu anlamına gelir. İşin iyi tarafında, araştırmacılar, perovskit ile karbon nanotüpleri (CNT’ler) birleştirerek bu hücrelerin verimliliğinin artırılabileceğini bulmuşlardır. CNT’lerin ve perovskite’nin birbirine bağlanma mekanizması ve bunun CNT perovskite güneş hücrelerinin performansını nasıl etkilediği mekanizma derinlemesine çalışılmamıştır. Özellikle, saf CNT’lerin perovskite bağlanma yeteneği çok iyi değildir ve bu, her iki malzemenin arayüzündeki yapısal ve iletken özellikleri de tehlikeye atabilir.
Bu yüzden, Prof. Keiko Waki’nin liderliğinde Tokyo Tech’ten bir ekip, hem performanslarını hem de stabilitelerini arttırmak ve altta yatan mekanizmaları anlamak amacıyla farklı CNT tipleri ile birlikte perovskite güneş pilleri üzerinde bir dizi deney yaptı. Sadece saf CNT’leri değil, aynı zamanda kendi yapılarında CNT’ler ve perovskite arasındaki etkileşimi kuvvetlendirdiği ve perovskite kristalleşmesini arttırdığı bilinen “oksijen içeren fonksiyonel grupları” taşıyan CNT’leri de kullandılar.
Bu araştırma, CNT-perovskite etkileşimlerinin birçok yönüne ilişkin içgörü sağlayan çeşitli deneylerden oluşmuştur. İlk olarak, fonksiyonel CNT’lere sahip hücrelerin saf CNT’lere kıyasla üstün elektriksel performansını ortaya koydular ve fonksiyonel CNT’leri kullanırken daha büyük kristallerin ve daha az yüzey kusurunun meydana geldiğini destekleyen kanıtlar buldular. Daha sonra, ekip, hücrelerdeki perovskite karanlıkta saklanırsa yeniden kristalleştirme işleminden geçeceği ve CNT’de fonksiyonel grupların varlığının bu süreç üzerinde önemli bir etkisi olacağı sonucuna vardı. Bu, hücrelerin iki aydan fazla depolanması ve daha sonra elektriksel özelliklerinin ölçülmesiyle doğrulandı (Şekil 1). “Perovskite’nin oda sıcaklığında kendi kendini yeniden kristalleştirme yeteneğini keşfettik; morfolojisi uzun süreli depolamadan sonra büyük ölçüde iyileşmiştir. Prof. Waki “Bununla birlikte, en ilginç sonuç, işlevselleştirilmiş CNT’lerin yeniden yapılandırma yoluyla perovskite ve CNT’ler arasında daha güçlü bir bağlantı oluşturmak için kendi kendini yeniden kristalleştirme doğasını kullanma yeteneği oldu.” diyerek açıkladı. En önemlisi, işlevselleştirilmiş CNT’ler iki malzeme arasındaki teması büyük ölçüde geliştirdi ve işlevsel gruplar perovskit üzerindeki nemin saldırılarına karşı bir koruma görevi görmüş, kendiliğinden yeniden kristalleşmenin ve arayüz rekonstrüksiyonunun gözle görülür bir bozulma olmadan devam etmesini sağlamıştır. Araştırma ekibi ayrıca, yeniden kristalleşme sürecinin, güneş pillerini sürekli sık sık ölçümlere maruz bırakarak aşırı bir şekilde hızlanabileceğini de buldu, ancak bu, en sonunda stabilitelerini etkiledi ve bozdu.
Perovskite güneş pilleri üzerindeki bu derinlemesine çalışmalar ve onları geliştirme yolları çok değerlidir çünkü bizi yeni temiz enerji kaynaklarına yaklaştırırlar. Waki, “Bu çalışmanın, daha yüksek stabilite ve yeniden üretilebilirlikle perovskitlerin üretilmesine katkıda bulunacağını umuyoruz”. Bu bulgular başka bir basamak taşı olarak işlev görecek, ki böylece gezegenimizi korumak için perovskite güneş pillerini kilit bir teknoloji olarak görebileceğiz.
Kaynak : sciencedaily.com
