Güneş pilleri formamidinyum katkısıyla daha dayanıklı

ABC Federal Üniversitesi’nden (UFABC) araştırmacıların yaptıkları çalışma, perovskit güneş pillerinin bozunma hızlarının azaltılması için yeni bir çözüm yolu sunuyor. Pillerin hızlı bozulması, günlük hayatta kullanımlarını engelliyor olması araştırmalara konu olmasını sağladı.

Fotovoltaik piyasası silikon temelli güneş pillerinin büyük payı ile birlikte kayda değer bir gelişme göstermiştir. Bu piller sahip oldukları büyük paya rağmen üretimlerinin yüksek maliyet gerektirmesi ve üretimleri sırasında fazlaca kaynak kullanımı gerektirdiğinden ekonomik açıdan uygulanabilirlikleri zordur. Bu zorluğu artıran bir diğer dezavantaj ise bu pillerin görünür spektrumda dar bir aralıkta enerji absorbe edebilmesidir. Bu dezavantajların üstesinden gelebilmek için organik güneş pilleri (OSC) ve perovskit güneş pilleri (PSC) gibi alternatif piller üzerine çalışmalar devam ederken, bu piller silikon güneş pillerinin sahip olduğu sınırlamalara birtakım çözümler sunmaktadır.

Perovskit güneş pilleri düşük üretim maliyetleri ve yüksek verimlilikleri sayesinde bu araştırmalarda ön plana çıkmaktadır. İlk ortaya çıkışlarından itibaren performanslarını önemli derecede artıran bu piller, %26 gibi bir verimliliğe ulaşırken bu rakam klasik silikon pillere kıyasla önemli bir değerdir. Ayrıca hafif, esnek ve kısmen taşınabilir olmaları da onları günlük hayattaki birçok güneşten elektrik üretimi uygulamasına da elverişli hale getirmektedir. Ancak bunca avantajlı özelliğine rağmen, nem ve sıcaklık gibi etmenler perovskit malzemenin yapısını bozmakta, bu da pillerin performansını azaltıp dayanıklılığını azalttığından bu pillerin ticarileşmesinin önünde çok ciddi bir engel oluşturmaktadır.¹

Bu pillerde kullanılan perovskit malzemeler üzerine çalışmalar devam ederken üzerinde en çok çalışma yapılan ise metilamonyum içerikli olanlardır. Ancak bu malzemeler nem, oksijen ve ışık gibi etmenlerden dolayı bozulmaya uğramaktadır. Bu bozulmaları önlemek amacıyla da formamidinyum içerikli perovskitler termal açıdan daha kararlı olmalarıyla önemli bir alternatif olarak öne çıkmıştır. Metilamonyum ve formamidinyum katyonlarını birlikte içeren perovskitler ise her iki katyonun sağladığı avantajlar sayesinde güneş pillerinin kararlılığını ve verimini artırmak amacı ile geliştirilmiştir.²

Solar Energy Materials and Solar Cells dergisinde yayınladıkları makalede araştırmacılar, güneş pilleri üzerindeki çalışmalarını ciddi bir nem ve sıcaklık kontrolü olmaksızın gerçekleştirdiklerini, bu sayede pillerin endüstriyel uygulamalara daha uyumlu olabileceğini belirttiler.

Perovskit türleri farklı kimyasal özelliklere sahip olsalar da hepsinde ortak olan bir yapı vardır: pozitif yüklü iyonlar (katyonlar) ve negatif yüklü iyonlar (anyonlar). Araştırmacılar yaptıkları çalışmada, metilamonyum (MA+) içerikli perovskitlere miktarı artan şekilde formamidinyum (FA+) ekleyerek bu malzemeleri güneş pillerine ekledi, %40-60 arasında değişen nem miktarlarında cihazların karakterizasyonunu gerçekleştirdi. Ardından formamidinyum ilavesinin cihaz performansı üzerindeki etkisini belirlemek isteyen araştırmacılar, bu pilleri 90 gün boyunca ortam sıcaklığı ve nemde gözlemleyerek değişiklikleri kaydetti.

Gerçekleştirdikleri çalışma sonucunda araştırmacılar, formamidinyum ilavesi içermeyen perovskitlerin kullanıldığı güneş pillerinin hızlı bir şekilde verimliliklerinin azaldığını ve 30 günün sonunda çalışmayı tamamen durdurduklarını, formamidinyum ilavesi içeren pillerin ise 90 günün sonunda verimliliklerinin yaklaşık %80’ini koruduğunu gözlemledi. Böylece FA+ ilavesinin perovskit güneş pillerinin verimliliğini önemli derecede arttırdığı belirlenmiş oldu. Bu iyileşmenin sebebi ise yapılan ilavenin perovskit yapısını oluşturan kristallerin boyutunu arttırarak kenarların toplam uzunluğunu azaltmasıdır. Bu sayede nemin biriktiği bu bölgelerdeki azalma güneş pillerinin bozunmasını önemli derecede azaltırken iyi performanslarını da yüksek ölçüde korumalarına olanak sağlıyor.

Yapılan çalışma daha düşük bir maliyetle ve çevre dostu şekilde üretilen daha dayanıklı güneş pillerinin varlığının mümkün olduğunu ortaya koymaktadır.

Ömer Faruk Deniz

Kaynakça

1. https://techxplore.com/news/2025-05-simple-lifetime-perovskite-solar-cells.html
2. Polimante, L., da Silva, J. P., Ferreira, F. F., & Polo, A. S. (2025). Enhancing the stability of methylammonium-based perovskite solar cells prepared in ambient conditions by adding formamidinium cations. Solar Energy Materials and Solar Cells, 285, 113522.