Güneş pillerinde nano boyut devasa güç
Güneş pilleri ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Elektrik eldesinde güneş ışık kaynağı olarak kullanılabilirken, petrol ve doğal gaz gibi doğal kaynakların yakılması da kullanılabilir. Her ikisinde de bir enerji vererek kimyasal bağ kırılır ve yeni bir enerji türü elde edilir.
Bununla birlikte, güneş pilleri ışıktaki elektromanyetik enerjinin tamamını elektrik enerjisine dönüştüremez; bu teknolojik zorluk veya yetersizliği çözmek için sanayi ile üniversite arasında ortak bir çabaya ilham kaynağı olmuştur.
Kyoto Üniversitesi’nden enerji üretimini iyileştirmek için optik teknolojiler kullanan Takashi Asano, “Mevcut güneş pilleri, görünür ışığı elektrik enerjisine dönüştürmede iyi değil, verimlilikleri ise sadece % 20 civarında” diyor.
Yüksek sıcaklıklar daha kısa dalga boylarında ışık yayar; bu nedenle ısı arttıkça bir gaz ocağının alevi kırmızıdan mavi renge yani kısa dalga boylarına kayacaktır. Daha yüksek ısı daha fazla enerji sunar, bu yüzden kısa dalga boylarında çalışan güneş pilleri tasarımı daha önemli hale getirmektedir.
Asano’ya göre asıl sorun ısı tüm dalga boylarındaki ışığı dağıtır ancak güneş pilleri ise sadece dar bir spektrumda çalışıyor. Bunu çözmek üzere, enerjiyi yoğunlaştırmak için dalga boyu bant genişliğini daraltan yeni bir nano boyutlu yarı iletken inşa ettiler.
Deneysel çalışma
Daha önce, Asano ve Susumu Noda Laboratuvar’ındaki meslektaşları farklı bir yaklaşım benimsemişti. Asano, “İlk cihazımız yüksek dalga boylarında çalışıyordu, ancak görünür ışığın çıkışını daraltmak için yeni bir strateji gerekiyordu, bu yüzden Osaka Gas ile olan bu işbirliğinde katkısız silikona geçtik” diyor Asano.
Sonuç
105 nm yarıçapına sahip çubuklardan oluşan Si çubuk dizisi yayıcıları, giriş gücünün % 59’unu 1127 ˚C’ye 1100 nm’den daha kısa dalga boylarında emisyona dönüştürebiliyor. Ayrıca, teorik olarak, 190 nm’lik yarıçaplı yayıcılar ise % 84‘ünü dönüştürebiliyor ki bu çok iyi bir değer [1].
Asano‘ya göre, nano çubuk silindirler ısıtılmış cihaz tarafından yayılan dalga boylarını emisyonu belirledi.
Ekip, Science Advances adlı bilimsel dergide bu malzemeyi kullanarak nano ölçekli yarı iletkenin güneş pillerinin enerji dönüşüm oranını en az %40’a yükselttiğini gösterdi.
Laboratuvar başkanı Noda, “Bu teknolojinin iki önemli yararı var” dedi.
- Enerji verimliliği: Isıyı çok verimli bir şekilde elektriğe dönüştürüyoruz.
- Tasarım, şimdi çok daha küçük ve daha sağlam transdüserler oluşturabiliriz.
Bu avantajlarla ürünümüz çok çeşitli uygulamalarda fayda sağlayacaktır” dedi.
Kaynaklar
- Takashi Asano et al. Sci Adv 2016;2:e1600499
- http://www.kyoto.ac.jp/en/research/research_results/2016/161224_1.html
Dr. Zekeriya Doğruyol