Verimli Organik Güneş Hücreleri Nasıl İnşa Edilir?
“Yüksek verimli organik güneş hücrelerinde voltaj kayıplarını en aza indirmek için tasarım kuralları”
7 araştırma enstitüsünden 25 araştırmacı kafa kafaya vererek yüksek verimlilikteki organik güneş hücrelerinin tasarım kurallarını çizdiler. Araştırmaya İsveç’teki Linkonping Üniversitesi’nden Doçent Feng Gao liderlik etmiştir.
Organik güneş hücreleri, karbon temelli materyallerden yapılan, diğer güneş hücresi teknolojileriyle karşılaştırıldığında benzersiz avantajlar sunar. Mesela bunlar düşük bütçelim yazıcı teknolojileriyle üretilebilirler ve bunlar, binalarda bütünleşik şekilde kullanılmak üzere seçilebilen renklerde yarı geçirgen yapılabilir. Bunların esneklikleri ve hafiflikleri bazı şeylerin internet uygulamalarının sensörlerine güç sağlamak için mükemmel yapmaktadır.
Organik güneş hücrelerinin geliştirilmesinde karşılaşılan asıl meydan okuma bunların enerji kayıplarının sıklıkla çok yüksek olmasıdır.
“Biz, organik güneş hücrelerinin enerji kayıplarını minimize edecek bazı mantıklı tasarım kurallarını formüle ettik. Bu kuralları takiben, düşük enerji kayıpları ve yüksek güç dönüşümü ile birlikte geniş çapta örnekler sunduk.” Linkonping Üniversitesi’ndeki Biyomoleküler ve Organik Elektronik bölümünden Feng Gao vardır.
Daha önce kullanılan bazı kurallara meydan okuyan bu tasarım kuralları Nature Materials dergisindeki bir makalede yayınlanmıştır.
Bu kuralları kullanarak organik güneş hücreleri rakiplerini, güneş ışınımındaki enerjinin kesir kısmını elektriğe çevirmek anlamındaki güç dönüşümü verimliliğinde yakalama sözü vermektedir. Güneşin enerjisinin güneş hücresi tarafından elde edilen kısmının teorik limiti %33’tür. Silikon-bazlı güneş hücreleri ile yapılan laboratuvar deneylerinde en iyi %25’e ulaşılmıştır. Araştırmacılar şimdiye kadar organik güneş hücrelerinin limitinin daha düşük olduğuna inanmaktaydı.
“Fakat şimdi biliyoruz ki hiçbir fark yok; silikon, perovskitler veya polimerler ile üretilen güneş hücreleri için teorik limit hep aynıdır.” diyor Linkonping Üniversitesi’ndeki Biyomoleküler ve Organik Elektronik bölümünden profesör Olle Inganas.
Güneşten gelen fotonlar güneş hücrelerindeki yarı-iletken polimer tarafından adsorbe edildiğinde, donör malzemedeki elektronlar uyarılmış bir duruma yükselir ve elektronların çekilmeye devam ettiği temel durumda delikler oluşur. Bu bağlı elektronları ve delikleri ayırmak için alıcı bir malzeme eklenmektedir. Ancak, bu alıcı malzeme fazladan enerji kayıpları ile sonuçlanır ki bu durum organik hücre topluluğunu yaklaşık 20 yıldır rahatsız etmektedir.
Nature Materials dergisinde yayınlanan makalede organik güneş hücrelerinin enerji kayıplarını minimize etmek için iki temel kural sunulmaktadır: i) Verici ve alıcı bileşenleri arasındaki enerji dengelemesini en aza indirmek, ii) karışımdaki düşük boşluklu bileşenin yüksek fotolüminesansa sahip olduğuna emin olmak.
ABD, Çin ve Avrupa’daki 7 araştırma enstitüsündeki araştırmacılar birlikte, bazıları daha önce rapo edilmiş ve diğerleri tamamen yeni bir düzine civarı malzeme üretmiştir. Bunları, yeni teorinin, daha önce inandığı şeylerle bir ölçüde uyuşmasa bile, deneysel sonuçlarla hemfikir olduğunu göstermek için kullandılar.
Feng Gao’ya ek olarak, Imperial College London’dan Artem A Bakulin ve Georgia Institute of Technology’den Veaceslav Coropceanu da makalenin eş yazarlarındandır. Araştırma, İsveç, AB, ABD ve Çin’deki kaynaklardan sağlanan hibelerle finanse edildi, ayrıca Linkoping Üniversitesi’nde AFM’nin gelişmiş işlevsel materyalleri stratejik inisiyatifi çerçevesinde gerçekleştirildi.
Kaynak : sciencedaily.com
