Çevre dostu organik güneş hücreleri

Son yıllarda mühendisler, enerjiyi daha sürdürülebilir bir şekilde üretip depolamak için varolan teknolojileri daha ileri seviyelere taşımaktadırlar. Organik moleküllerden veya polimerlerden yapılan güneş hücreleri tipik olarak ince, hafif ve esnek olduklarından en umut verici, temiz ve sürdürülebilir enerji üretim kaynaklarıdır.

Organik güneş hücrelerinin (Organic Solar Cells – OSCs) birtakım avantajlarına karşın dezavantajları da mevcuttur. İnorganik güneş pillerinin güç dönüşüm verimlilikleri (Power Convension Efficiencies – PCEs) %18-25 arasında değişirken organik güneş hücrelerinde bu oran %5’te kalmıştır ancak son yıllarda bazı mühendisler, güneş hücreleri için fulleren içermeyen alıcıları (Non-Fullerene Acceptors – NFAs) kullanarak PCE’leri %18’in üzerinde olan organik güneş hücrelerini geliştirmişlerdir. Geliştirilen güneş hücrelerinde bu oranlardaki verimliliği elde etmek için kloroform gibi düşük kaynama noktalı ve toksik çözücüler kullanılmaktadır. Çevre dostu çözücülerin kullanılması OSC’lerin PCE’lerinin düşmesine yol açmaktadır.

Soochow Üniversitesi ve Çek Bilimler Akademisi Makromoleküler Kimya Enstitüsü ile dünya çapındaki başka araştırmacıların ortak çalışması ile çevre dostu, yeşil solventlerin kullanılması PCE oranı yüksek OSC’ler için araştırmalar yapılmış, sonuçları Nature Energy dergisinde yayınlanmıştır. Düşük kaynama noktalı ve toksik çözücülerle üretilen OSC’lerin PCE oranı %18’in üzerindeki değerlere ulaşmıştır. Solvent kullanımı çevreye ve sağlığa zararlı olduğundan, çevre ve insan dostu yöntemlere başvurulmuştur ancak biyosolventlerin kullanımı OSC’lerin gelişimini PCE değerlerindeki düşüşten dolayı sınırlamaktadır. Burada ikili karışımın moleküler etkisini devre dışı bırakmak için üçüncü bir misafir bileşenin yer aldığı montaj stratejisinin bir ürünü olan paraksilen (PX) kullanılarak OSC’lerde %17’nin üzerinde PCE gözlemleyebiliriz. Yüksek kaynama noktalı yeşil solvent %14’ün üzerinde verimlilikte tek tip geniş alan modülü tabakasının (36 cm²) oluşmasını sağlar¹.

Araştırmacılar bir dizi test ve deneyde misafir bileşen destekli güneş hücresi montaj stratejilerinin etkinliğini ve genelgeçerliliğini değerlendirmişlerdir. Sonuçlar paraksilen ve diğer bileşenler için gayet olumlu olmuştur. Chen ve ekibi: “OSC’lerin endüstriyel gelişimleri için kritik gelişmeler arasında; tek tip halojensiz yeşil solvent kullanımı, geniş alanlı modül, tavlamasız üretim, yüksek verimlilik ve mükemmel stabilite dahil olmak üzere stratejimizin sağladığı temel özellikler bulunmaktadır.” dedi². Gelecekte misafir bileşen destekli montaj stratejisi, çevre dostu çözücülerin kullanılmasıyla yüksek PCE’lere sahip geniş alanlı OSC’lerin geliştirilmesine olanak sağlayabilir.

Kaynaklar

1. Chen, H., Zhang, R., Chen, X., Zeng, G., Kobera, L., Abbrent, S., Zhang, B., Chen, W., Xu, G., Oh, J., Kang, S.-H., Chen, S., Yang, C., Brus, J., Hou, J., Gao, F., Li, Y., & Li, Y. (2021). A guest-assisted molecular-organization approach for >17% efficiency organic solar cells using environmentally friendly solvents. Nature Energy. https://doi.org/10.1038/s41560-021-00923-5
2. https://techxplore.com/news/2021-11-strategy-fabricate-solar-cells-efficiencies.html