Yeni Solar Malzemeler Üretmede Lazerli Buharlaştırma Teknolojisi
Fotoğraf 1 : İçerisinde yeni güneş pilleri kristal teknolojisi oluşturma yeteneğine sahip olan RIR-MAPLE yöntemine bakılmaktadır. Tablonun orta kısmında bulunan beyaz dairede lazerle patlatılan güneş pili malzemeleri için moleküler yapı taşları içeren donmuş çözelti bulunmaktadır ve üstteki hedefin tabanını kaplamak için malzemeleri taşıyan çözeltiyi buharlaştırmaktadır.
Duke Üniversitesinden malzeme bilimciler farklı bir şekilde üretilmesi imkansız ya da zor olan hibrit ince film malzemelerin oluşturulması için yeni bir yöntem geliştirmişlerdir. Teknik yeni nesil güneş pilleri, ışık yayan diyotlar ve fotodedektörler için çözüm yolları oluşturabilir.
Petrovskitler, ışık temelli uygulamalar için doğru element kombinasyonlarıyla elde edilmiş uygun bir kristal yapıya sahip bir malzeme sınıfıdır. Işığı absorbe etme ve enerjilerini etkili bir şekilde transfer etmeleri onları yeni nesil güneş pillerinin araştırmacılar tarafından geliştirilmesinde yaygın bir hedef haline getirmiştir.
Bugünlerde güneş enerjisinde en yaygın kullanılan petrovskit olan metilamonyum kurşun iyodür, günümüzün en iyi ticari güneş panelleri kadar ışığı enerjiye dönüştürebilir. Buna ek olarak bu malzeme, tipik bir silikon temelli güneş pilinden 100 kat daha ince bir malzeme parçası kullanarak yapabilir.
Metilamonyum kurşun iyodür klasik endüstriyel üretim yöntemleri kullanılarak üretilebilen birkaç petrovskitten biri olmasına rağmen boyutlandırılabilirliği ve dayanımıyla ilgili birkaç probleme sahiptir. Petrovskitlerin gerçek potansiyellerini açığa çıkarmak için yeni üretim yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Çünkü kompleks kristal yapıdaki organik ve inorganik moleküllerin karışımını yapmak zor olabilmektedir. Organik elementler hibrit malzemenin ışığın etkin bir şekilde absorbe edilme ve yayılması için önemli olduğundan dolayı hassas olmaktadırlar.
Duke‘daki Makine Mühendisligi ve Malzeme Biliminin Simon Ailesi Profesörü David Mitzi’ye göre Metilamonyum kurşun iyodür, çok basit bir organik bileşik olmasının yanında yüksek performanslı ışık absorbe etme özelliğine sahiptir. Eğer karmaşık moleküler kombinasyonları inşa edebilen yeni üretim yöntemleri bulabilirlerse, çok fonksiyonlu malzemeler için yeni kimya açılacaktır.
Fotoğraf 2 : Güneş pillerinde kullanılan yapı taşlarını içeren donmuş çözeltinin hedefine daha yakından bakılmaktadır.
Yeni çalışmada Mitzi ile Duke’daki Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Adrienne Stiff-Roberts bu imalat yaklaşımını kanıtlamak üzere birlikte çalışmaktadırlar.
Teknik Rezonant Kızılötesi Matris Destekli Darbeli Lazer Buharlaştırma ya da kısaca RIR-MAPLE olarak adlandırılmaktadır ve Düke da Stiff-Roberts tarafından son 10 yılda geliştirilmiştir. 1999 da icat edilmiş MAPLE olarak isimlendirilen bir teknolojiden uyarlanan bu teknik petrovskit için moleküler yapı taşları içeren bir çözeltinin dondurulması ve daha sonra bir vakum haznesi içerisinde dondurulmuş bloğun lazerle patlatılmasını içermektedir.
Lazer, golf topu üzerindeki bir çukur büyüklüğünde donmuş bir hedefi buharlaştırdığı zaman buhar, güneş pili içerisindeki bir bileşen gibi havada asılı herhangi bir nesnenin alt yüzeyini örten bacada yukarıya doğru ilerler. Malzeme yeteri kadar biriktiğinde üretim durdurulur ve elde edilen malzeme ince film haline getirmek için ve molekülleri kristalleştirmek için ısıtılmaktadır.
Stiff-Roberts’ın versiyonunda lazerin frekansı donmuş çözücünün moleküler bağlarına göre özellikle ayarlanmıştır. Bu durum enerjinin çoğunun çözücü tarafından absorbe edilerek hassas organiklerin zarar görmeden ürün yüzeyine ulaşmasına sebep olmuştur.
Stiff-Roberts’a göre RIP-MAPLE teknolojisi malzemenin organik bileşenleri için son derece hassastır ve diğer yöntemler ile aynı son ürüne ulaşmak için gereken malzemenin sadece küçük bir kısmını kullanarak daha etkili hale getirmektedir.
Fotoğraf 3: İnce film biriktirme işlemi tamamlandıktan sonra RIR-MAPLE haznesinin içine bakılmaktadır. Orijinal dondurulmuş çözeltinin tamamı üst kısımda bulunan tabanın altını kaplamak için buharlaştırılmıştır.
Ticari alanda henüz herhangi bir petrovskit esaslı güneş pili bulunmamasına rağmen birkaç şirket metalamonyum kurşun iyodür ve buna bağlı diğer malzemeleri pazarlamak için çalışmaktadırlar. Bu çalışmada üretilen malzemeler diğer lazer temelli teknolojilerden daha iyi güneş pili etkinliğine sahipken geleneksel çözelti tabanlı proseslerle üretilmiş malzemelere ulaşılamamıştır.
Buna rağmen Mitzi ve Stiff-Roberts’a göre amaçladıkları bu değildi.
Stiff-Roberts çözelti tabanlı tekniklerle büyük hibrit fotovoltaik malzemeler üretilebildiğini ve organik maddeler üzerinde hassas olduğunu ama daha karmaşık ve daha zayıf çözünürlüğe sahip moleküller için kullanılamayacağını söyledi.
Mitzi, RIR-MAPLE teknolojisinin bu gösterimi ile güneş pili endüstrisi için yeni bir malzeme dünyası açılabileceğini ve bu malzemelerin ışık yayan diyotlar, fotodedektörler ve X-ışını dedektörleri gibi uygulamalar içinde yararlı olacağını düşünmektedir.
Kaynak : phys.org
