Flor katmanlı daha güçlü perovskit güneş piller

Günümüzde fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmak için güneş pilleri etkin şekilde kullanılmaktadır. Güneş pilleri veya diğer adıyla güneş hücreleri güneşten aldığı enerjiyi doğrudan elektrik akımına dönüştüren araçlardır. Hücrede aktif katmanda perovskit malzemesi kullanmak maliyeti düşürür. Diğer taraftan verimliliği artırmak için özel tasarımlar gerekir. ’’Perovskit’’ adı kristal yapı anlamına gelir ve bu malzemeler yakıt teknolojileri, enerji gibi birçok alanda kullanılır. Perovskit malzemeler anyon-katyon temellidir ve bu sayede ışığı çok iyi soğurur, yükleri hızlı taşırlar. Üretimlerinin ucuz ve kolay olmasının yanı sıra yüksek verimlilik oranlarına sahiptirler ve esnek yüzeylerde kolayca uygulanabilirler.¹

Fakat bu yapı avantajlı olduğu kadar beraberinde birçok dezavantaj da getirir. Örneğin kararsız bir yapıya sahip olduğu için hızla verimlilik kaybı yaşarlar; uzun süre ışığa, neme, ısıya ve havaya maruz kaldıklarında birtakım bozunmalar gerçekleştirirler. Bu yüzden bilim insanları Perovskit güneş pilleri (PSC)’nin uzun ömürlü ve dayanıklı olması için çeşitli yöntemler geliştiriyor. Bu yöntemlerden biri son zamanlarda uluslararası bir ekip tarafından geliştirilmişti. Ekip, perovskit yüzey ile üst yüzey arasına florlu özel bir malzeme uygulayarak maddenin kararlılığını %27’ye çıkarmayı başardı. Bu uygulamadan sonra 1.200 saatlik aydınlatma altında bile verimlilik açısından herhangi bir düşüş gözlemlenmedi. Florlu tabaka teflon işlevi görerek perovskit tabakasını temas tabakasından izole ederek daha az kusur ve kayba neden oluyor. Ayrıca kullanılan C60 tabakası (buckminsterfullerene) her iki tabakanın kararlılığını da önemli ölçüde arttırıyor.

Geliştirilen bu hibrit yapının, moleküler düzeyde oluşturduğu bariyer sayesinde hassas perovskit kristallerinin nasıl korunduğu ve enerji akışının nasıl optimize edildiği, teknik kesit üzerinde Şekil 1’de şematize edilmiştir.

Fulleren C60, altmış adet karbon atomundan oluşan, yirmi altıgen ve on iki beşgen yüze sahip yarı küresel bir geometriye sahip allotropik bir moleküldür. Elektronik ve fotovoltaik malzemelerde potansiyel verimlilik sağlar.²

‘Teflon tabakası’ olmayan pillerde 2005’ten 2024’e kadar elde edilen verimlilik %26’lara ulaştı. Son çalışmalarla elde edilen %27’lik verimlilik uzmanlar için kararlılıkta güzel bir artış. Teflon tabakası olmayan pillerde verimlilik sadece 300 saat sonra %20 düştü. Fakat kaplama 85 derece 1.800 saatte bile hatta -40 ile +85 derece aralığında 200 döngü ile test edildiğinde bile inanılmaz bir termal kararlılık sağlıyor.³

Fikir yeni olmamakla birlikte, teflon benzeri molekülleri kullanarak ara film oluşturma düşüncesi perovskit malzemeler üzerine araştırmalar yapan bilim insanlarını meşgul eden bir araştırma konusuydu. İlk yapılan çalışmalarda yani 2014’te sadece %15 verimlilik elde edilmiş, bu verimlilik de ancak bir kaç saat dayanabilmişti. Gelinen son nokta ile uzmanlar gelecek nesil için daha yüksek verimli perovskit malzemelerle kaplı cihazlara yol açacaklarını ön görüyorlar.

Kaynaklar

1. https://www-energy-gov.translate.goog/eere/solar/perovskite-solar-cells?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=tr&_x_tr_hl=tr&_x_
2. Smith, J. A. (1990). New trends in organic synthesis. Pure and Applied Chemistry, 62(3), 407-415.
3. Li, G., Zhang, Z., Agyei-Tuffour, B., Wu, L., Gries, T. W., Prashanthan, K., … & Abate, A. (2025). Stabilizing high-efficiency perovskite solar cells via strategic interfacial contact engineering. Nature Photonics, 1-8.