Transparan Nano Katmanlar Silikon Güneş Pillerinin Üretimini %26’dan Fazla Verim ile Kolaylaştırıyor

Fotoğraf: Güneş pillerinin laboratuvar prototipi. Silikon plaka üzerinde her biri dört santimetre boyutundaki dört adet güneş hücreleri ekran baskılı gümüş kontaklarla temas ettirilmiş ve çerçevelenmiştir.

Günümüzde elektrik üretmenin güneşten daha ucuz bir yolu yoktur. Enerji santralleri şu anda kilovat saat başına 2 sentten daha az güneş enerjisi sağlayacak güneşli yerlerde inşa ediliyor. Piyasada bulunan kristal silikon bazlı güneş pilleri bunu yüzde 23’e varan verimliliklere ulaştırıyor. Bu nedenle küresel pazar payları yaklaşık yüzde 95’i buluyor. Yüzde 26’dan daha yüksek verimliliklerle, maliyetlerin daha da düşmesi sağlanabilir. Forschungszentrum Jülich’ten fotovoltaik araştırmacıları tarafından yönetilen uluslararası bir çalışma grubu, bu hedefe güneş pillerinin ön kısmı için nano yapılı, şeffaf bir malzeme ve gelişmiş ayrıca da karmaşık bir tasarımla ulaşmayı planlıyor. Bilim insanları, ünlü bilimsel dergi Nature Energy’de uzun yıllar süren araştırmalardan elde ettikleri başarılara değiniyor.

Silikon güneş pilleri, son on yılda istikrarlı bir şekilde geliştirildi ve çok yüksek bir geliştirme düzeyine ulaştı. Bununla birlikte, rekombinasyonun karşı etkisi, güneş ışığının emilmesinden ve elektrik yükü taşıyıcılarının fotovoltaik oluşumundan sonra halen ortaya çıkmaktadır. Bu süreçte, daha önce oluşturulmuş olan negatif ve pozitif yük taşıyıcıları, güneş enerjisi akışı için kullanılmadan önce birleşir ve birbirlerini yok eder. Bu etki, özel niteliği olan özel malzemelerle, yani pasifleştirmeyle karşılanabilir.

Eski Ph.D. öğrencisi ve Jülich Enerji ve İklim Araştırmaları Enstitüsü’nden (IEK-5) doktora derecesini alan ilk yazar olan Malte Köhler, “Nano yapılı katmanlarımız tam olarak bu istenen pasifleştirmeyi sağlıyor” diyor.

Jülich çalışma grubu başkanı Dr. Kaining Ding “Şimdiye kadar tasarımımız dışındaki başka hiçbir yaklaşım bu üç özelliği – pasifleştirme, şeffaflık, iletkenlik – birleştirmiyor,” diyor. Jülich TPC güneş pilinin ilk prototipi, laboratuvarda yüzde 23,99 (+ – yüzde 0,29) gibi yüksek bir verimlilik elde etti. Bu değer, Hamelin’deki Güneş Enerjisi Araştırma Enstitüsü’nün (ISFH) bağımsız CalTeC laboratuvarı tarafından da onaylandı. Jülich TPC güneş pilinin, laboratuvarlarda bugüne kadar yapılmış en iyi kristal silikon hücrelerinin biraz altında kaldığı anlamına geliyor. Ancak paralel olarak gerçekleştirilen simülasyonlar, TPC teknolojisi ile yüzde 26’dan fazla verimliliğin mümkün olduğunu göstermiştir.

“Ek olarak, üretimde yalnızca seri üretime nispeten hızlı bir şekilde entegre edilebilen süreçler kullandık,” Ding diğer araştırma yaklaşımlarına göre avantajını bu şekilde vurguluyor. İzledikleri strateji ile Jülich bilim insanları, çok fazla çaba harcamadan, laboratuvardan endüstriyel güneş pili üretiminde büyük ölçeğe gelişimlerinin yolunu açtılar.

TPC güneş pilinin katmanlarını üretmek için birkaç işlem adımı gerekliydi.Araştırmacılar, ince bir silikon dioksit tabakası üzerine, iki farklı sıcaklıkta uygulanan, küçük piramit şekilli silikon karbür nanokristallerinden oluşan bir çift katman yerleştirdiler. Son olarak şeffaf bir indiyum kalay oksit tabakası yerleştirildi. Ding ve meslektaşları ıslak kimyasal işlemler, kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve püskürtme işlemi kullandılar.

IEK 5 ve Jülich Ernst Ruska Elektron Mikroskobu Merkezi’nden Jülich araştırmacıları, Hollanda, Çin, Rusya ve Ekvador’daki birkaç enstitü ile yakın çalıştı. Ding, “Güneş pili üreticilerinin teknolojimize büyük ilgi göstermesini bekliyoruz” diyor.

Kaynak: techxplore.com