Güneş pili: Nano boyut devasa güç

Güneş pili: Nano boyut devasa güç

0
PAYLAŞ

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 ikisindede 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.

Şekil 1. Takashi Asano.

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.

Şekil 2. Dalgaboyu (nm), renk ve enerji skalası ile görünür ışığın elektromanyetik spektrumu.

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.

Şekil 3. SEM görüntüsü: Si nanoçubuklar [1].
Görünür dalga boylarını yaymak için 1000˚C’ye ihtiyaç duyulur, ancak silikonun erime sıcaklığı 1414˚C. Bilim adamları silikon plakaları, hedef bant genişliği için optimize edilen yükseklik, yarıçap ve aralıklarla eşit sayıda ve düzgün sıralanmış aralıklı çubuklara sahip olacak şekilde parçaladılar.

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.

  1. Enerji verimliliği: Isıyı çok verimli bir şekilde elektriğe dönüştürüyoruz.
  2. Tasarım, şimdi çok daha küçük ve daha sağlam transdüserler oluşturabiliriz.

Bu avantajlarla ürünümüz çok çeşitli uygulamalarda fayda sağlayacaktır” dedi.

 

Kaynaklar

  1.  Takashi Asano et al. Sci Adv 2016;2:e1600499
  2.  http://www.kyoto.ac.jp/en/research/research_results/2016/161224_1.html

ZD

BİR CEVAP BIRAK

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.